本研究发表于2025年的*Nature Communications*期刊，论文标题为“Astrocyte priming enhances microglial Aβ clearance and is compromised by APOE4”。研究的主要作者是韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）的Se-in Lee和Jichang Yu（并列第一作者），以及首尔延世大学的Jinsoo Seo（通讯作者），研究团队来自多个韩国研究机构，包括韩国科学技术院（KIST）、庆熙大学、三星医疗中心等。

本研究的学术背景聚焦于神经科学、免疫学和阿尔茨海默病（Alzheimer‘s disease, AD）病理学领域。固有免疫系统能够形成一种称为“免疫启动”（priming）或“训练免疫”（trained immunity）的记忆，即先前暴露于某种免疫刺激后，会增强对后续刺激的反应。这种机制在外周免疫系统中已得到充分表征，但在大脑常驻细胞（如星形胶质细胞和/或小胶质细胞）于非疾病条件下是否存在及其功能尚不清楚。阿尔茨海默病是一种以淀粉样蛋白-β（Amyloid-β, Aβ）异常积聚为主要病理特征的神经退行性疾病，而载脂蛋白E ε4等位基因（APOE4）是散发型AD最强的遗传风险因素。小胶质细胞是大脑中清除Aβ的主要免疫细胞，但其功能会受到周围环境（如星形胶质细胞）信号的调控。本研究旨在探索以下关键问题：1）在非疾病条件下，人脑星形胶质细胞能否形成免疫启动状态？2）这种启动状态对Aβ病理（特别是小胶质细胞的Aβ清除功能）有何影响？3）AD风险基因APOE4是否会干扰星形胶质细胞的免疫启动功能，从而破坏早期的保护性反应？研究目标明确，即揭示星形胶质细胞的免疫记忆如何作为一种调节机制影响小胶质细胞功能和Aβ病理，为理解遗传风险因素如何破坏AD早期保护性免疫应答提供新见解。

本研究的工作流程复杂而系统，整合了多种体外和体内模型，层层递进地验证核心假说。整个研究可概括为以下主要实验流程：

第一， 人诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells, hiPSCs）来源的星形胶质细胞和小胶质细胞的制备与表征。研究使用了来自健康女性捐赠者的hiPSCs（携带APOE3基因型），以及通过CRISPR/Cas9技术构建的同基因型（isogenic）APOE4 hiPSCs系。通过特定的分化方案，将hiPSCs分别诱导为神经祖细胞，进而分化为星形胶质细胞（使用BMP4等因子）和小胶质细胞样细胞（imgl，使用IL-34， M-CSF， TGF-β1， CD200， CX3CL1等细胞因子组合培养）。这些细胞为后续实验提供了遗传背景可控且与人类疾病高度相关的研究模型。

第二， 星形胶质细胞免疫启动状态的诱导与验证。研究者建立了一套标准的“启动-恢复-再挑战”流程。首先，用Toll样受体3激动剂聚肌胞苷酸（Poly I:C）刺激星形胶质细胞6小时，模拟病毒感染引发的急性免疫反应。然后，移除刺激物，让细胞恢复72小时，直至细胞因子分泌水平和大部分转录组变化恢复到基线。最后，进行第二次Poly I:C挑战，评估其反应。通过RNA测序、定量PCR和细胞因子阵列分析来评估免疫启动状态。RNA-seq结果显示，首次刺激上调的基因大部分在恢复期下调，但第二次挑战时，与炎症反应相关的基因（如IL-6, IL-1β, TNFα）的表达水平显著高于第一次挑战，这证实了“启动”的存在。细胞因子分泌谱分析也显示类似模式。值得注意的是，在同样条件下，hiPSC来源的小胶质细胞并未显示出类似的启动效应。

第三， 探索启动后的星形胶质细胞对Aβ的反应及其对小胶质细胞的旁分泌影响。流程为：对星形胶质细胞进行免疫启动（Poly I:C处理及恢复），然后用Aβ42寡聚体处理。分析指标包括：1）星形胶质细胞自身对Aβ42的摄取能力（通过ELISA或荧光标记Aβ测定）；2）星形胶质细胞分泌的细胞因子谱变化（细胞因子阵列）；3）星形胶质细胞在Aβ刺激下的转录组变化（RNA-seq）。随后，收集经Aβ处理过的“启动”和“非启动”星形胶质细胞的条件培养基（Astrocyte-conditioned media, ACM），将其作用于人小胶质细胞系或imgl，检测这些小胶质细胞对荧光标记Aβ42的吞噬能力变化。此部分实验的核心在于探究细胞间的通讯。

第四， 探究APOE4基因型对星形胶质细胞启动功能的影响。使用同基因型的APOE3和APOE4 hiPSC来源的星形胶质细胞，重复上述启动和Aβ反应实验。比较两种基因型星形胶质细胞在启动能力、Aβ刺激下的细胞因子分泌谱、转录组变化以及其ACM对小胶质细胞吞噬功能影响的差异。

第五， 利用共培养和3D脑类器官模型在更复杂的细胞环境中验证体外发现。1）共培养：将hiPSC来源的星形胶质细胞与小胶质细胞共培养，进行启动和Aβ处理，通过免疫荧光成像（标记Aβ， 星形胶质细胞标志物GFAP， 小胶质细胞标志物Iba1）直观观察Aβ在两种细胞中的分布以及小胶质细胞的活化状态。2）脑类器官模型：使用携带APP Swedish突变（增加Aβ产生）的hiPSC生成脑类器官。在类器官培养40天后，将星形胶质细胞、小胶质细胞或两者共同“嵌入”（embed）到类器官中，再进行启动和恢复。之后分析类器官中Aβ斑块的积累情况。此模型模拟了包含神经元和神经胶质细胞相互作用的类脑环境。

第六， 在体小鼠模型中进行验证。使用野生型C57BL/6J小鼠和人源化APOE3、APOE4基因敲入（Knock-in, KI）小鼠。在体启动方案为：腹腔注射Poly I:C，恢复3天（确认海马炎症反应恢复基线），然后进行脑室内立体定位注射荧光标记的Aβ42寡聚体。在注射后特定时间点（如6小时）处死小鼠，取脑切片，通过免疫荧光染色定量分析海马区残留的Aβ42信号强度，同时评估小胶质细胞（Iba1, CD11b染色及Sholl形态学分析）和星形胶质细胞（GFAP染色）的激活状态。该流程旨在验证在完整的生物系统中，星形胶质细胞启动是否能促进Aβ清除，以及APOE4是否抑制此过程。

数据分析方面，研究采用了标准生物信息学流程。对于RNA-seq数据，使用STAR进行序列比对，Cufflinks/Cuffdiff进行基因表达定量和差异表达分析，使用基因本体（Gene Ontology, GO）分析富集通路。ATAC-seq（转座酶可及染色质测序）用于分析染色质开放性变化，使用Bowtie2比对，Genrich进行peak calling，DiffBind进行差异peak分析。细胞成像数据使用ImageJ进行荧光强度定量和Sholl分析。统计方法包括Student‘s t检验、单因素ANOVA及Tukey事后检验等，详细样本量（n值）和独立实验重复次数均在文中标明。

本研究取得了系统性且相互印证的重要结果。在第一部分验证启动的实验中，RNA-seq数据显示，与第一次刺激相比，第二次Poly I:C挑战在APOE3星形胶质细胞中引发了更强的炎症基因（IL-6， IL-1β， TNFα）表达上调，而小胶质细胞无此现象，首次明确证实了在非疾病条件下，人源星形胶质细胞而非小胶质细胞能够形成免疫启动。

第二部分关于启动星形胶质细胞对Aβ反应的结果显示：1）启动的APOE3星形胶质细胞自身摄取Aβ42的能力反而显著降低。2）然而，当暴露于Aβ42时，这些启动的星形胶质细胞分泌的细胞因子谱发生改变，多种促炎因子和趋化因子（如CX3CL1， CCL2， GM-CSF）水平升高。3）RNA-seq分析发现，Aβ42处理的启动星形胶质细胞中，与溶酶体、脂代谢和免疫反应相关的基因特异性上调。最关键的结果是，用来自Aβ处理的“启动”星形胶质细胞的ACM培养小胶质细胞，能使小胶质细胞对Aβ42的吞噬能力提高约三倍。这揭示了一个保护性机制：启动的星形胶质细胞通过改变其分泌组（secretome），将“清除Aβ”的任务更高效地“分配”给专职吞噬细胞——小胶质细胞。

第三部分关于APOE4影响的结果与APOE3形成鲜明对比：1）虽然APOE4星形胶质细胞也能被启动，但其启动潜能（即第二次刺激相比第一次刺激的增强幅度）显著低于APOE3细胞。2）当Aβ42处理启动的APOE4星形胶质细胞时，其分泌的多种细胞因子（包括IL-6， TNFα）水平不升反降，仅IL-1β在转录水平有增加。3）转录组分析显示，Aβ处理的启动APOE4星形胶质细胞中上调的基因更多与神经元发育相关，而非免疫反应。4）功能上，启动的APOE4星形胶质细胞自身摄取Aβ42的能力增强，但它们的ACM却使小胶质细胞的Aβ吞噬能力下降约50%。这揭示了APOE4通过改变星形胶质细胞启动后的反应模式，从“促进小胶质细胞清除”转变为“自身无效吞噬并抑制小胶质细胞功能”，从而导致Aβ清除网络失效。

第四部分的共培养和类器官实验结果支持了上述机制。在APOE3星形胶质细胞与APOE3小胶质细胞共培养体系中，启动后，小胶质细胞摄取的Aβ信号增强，且其活化标志物Iba1表达增加。而在APOE4星形胶质细胞与APOE3小胶质细胞共培养时，启动反而降低了小胶质细胞的Aβ摄取，且Iba1信号无变化。在APP突变脑类器官中，只有当星形胶质细胞和小胶质细胞共同存在并被启动时，类器官内的Aβ积累才显著减少，单独任何一种细胞存在均无此效果。这强有力地证明了星形胶质细胞启动对小胶质细胞功能的调节依赖于两者间的相互作用，且这种相互作用对减少Aβ积累是必要且充分的。

第五部分的在体实验完美地转化了体外发现。在APOE3 KI小鼠中，预先的免疫启动显著减少了海马区注射的Aβ42残留量，同时伴随小胶质细胞向更活化的形态转变（Sholl分析显示突起减少）、CD11b表达上调以及星形胶质细胞GFAP表达增加。相反，在APOE4 KI小鼠中，启动未能促进Aβ清除，小胶质细胞和星形胶质细胞的上述激活反应也均缺失或减弱。这些结果在完整的生物体内证实了星形胶质细胞启动具有促进Aβ清除的保护作用，而APOE4基因型会损害这一作用。

基于以上结果，本研究得出的核心结论是：在非疾病条件下，人脑星形胶质细胞能够形成一种保护性的免疫记忆（启动状态）。这种启动并不直接增强星形胶质细胞自身的吞噬功能，而是通过重编程其对外来刺激（如Aβ）的反应，使其分泌特定的细胞因子组合，从而有效地“招募”并增强邻近小胶质细胞的Aβ清除能力。然而，AD最主要的遗传风险因子APOE4会损害星形胶质细胞的这种启动功能，导致其分泌组改变，不仅自身可能进行低效的Aβ摄取，还削弱了对小胶质细胞清除功能的支持，从而破坏了大脑早期应对Aβ病理的保护性免疫机制，促进了AD的发病。这为理解APOE4如何增加AD风险提供了一个全新的细胞和免疫学视角。

本研究的科学价值和应用前景重大。其科学价值在于：1）首次系统阐明了星形胶质细胞（而非小胶质细胞）在非病理条件下具有获得性免疫记忆的能力，拓展了“训练免疫”在中枢神经系统的细胞范畴。2）揭示了星形胶质细胞免疫记忆通过调节小胶质细胞功能来影响Aβ病理的新机制，将两个关键的AD相关细胞类型通过功能性偶联起来。3）从免疫调节角度为APOE4的致病机制提供了创新性解释，即破坏了保护性的神经胶质免疫协同作用，而非仅仅影响脂质代谢或Aβ聚集。4）为“全身性感染或疫苗接种可能影响AD风险”的流行病学观察提供了潜在的细胞分子机制。应用价值在于：1）提示星形胶质细胞的免疫启动状态可能成为一个新的治疗靶点，增强或模拟这种保护性状态或可成为AD的预防或早期干预策略。2）强调了在AD治疗中需考虑不同APOE基因型患者可能存在差异性的免疫反应，有助于实现个性化医疗。3）建立的研究体系（hiPSC模型、共培养、人源化类器官和小鼠模型）为未来研究神经免疫互作提供了强大平台。

本研究的亮点在于：1）重要的新发现：明确了星形胶质细胞免疫启动的存在及其保护性功能，并发现APOE4特异性地破坏此功能。2）研究方法的系统性与创新性：从分子、细胞到类器官和整体动物水平，运用了多层次、多模型的研究策略，证据链完整。特别是使用同基因型hiPSC分化的细胞，严格控制了遗传背景；使用脑类器官嵌入胶质细胞，在类脑结构中验证功能。3）研究设计的精巧性：严格区分了“非疾病条件下的启动”与以往“疾病模型中的启动”，并设置了充分的恢复期，更贴近真实世界中感染康复后对后续挑战的反应情景。4）转化意义强：在体实验使用了人源化APOE KI小鼠，使其发现与人类疾病的相关性更高。这项研究是神经科学与免疫学交叉领域的一项里程碑式工作，深刻改变了我们对大脑固有免疫记忆、胶质细胞相互作用以及AD遗传风险机制的理解。