这项研究由来自多个机构的科学家合作完成，包括NorthShore University HealthSystem的Alena Kozlova、Siwei Zhang等，以及Mayo Clinic、University of South Florida、University of Chicago等机构的研究人员。研究于2025年8月1日发表在《Nature》期刊上，标题为“PICALM Alzheimer’s risk allele causes aberrant lipid droplets in microglia”。该研究聚焦于阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）的遗传风险机制，特别是PICALM基因的一个风险等位基因如何通过影响小胶质细胞（microglia）中的脂滴（lipid droplets, LDs）积累，进而损害其吞噬功能。

学术背景

阿尔茨海默病是一种常见的神经退行性疾病，其发病机制复杂，遗传因素在疾病发展中起重要作用。全基因组关联研究（GWAS）已鉴定出多个与晚发型阿尔茨海默病（LOAD）相关的风险位点，但大多数非编码风险变体的功能机制尚不明确。PICALM（phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein）是一个重要的LOAD风险基因，但其具体作用机制尚未完全阐明。小胶质细胞是中枢神经系统中的主要免疫细胞，其功能异常与AD的病理过程密切相关。近年来，研究发现脂滴积累与小胶质细胞功能失调及AD进展相关，但PICALM风险等位基因是否通过脂滴积累影响小胶质细胞功能尚不清楚。本研究旨在揭示PICALM风险等位基因的功能机制，特别是其在小胶质细胞中的作用。

研究流程

1. 功能风险变体的系统鉴定
   研究团队利用等位特异性开放染色质（allele-specific open chromatin, ASOC）分析方法，在人诱导多能干细胞（iPSC）分化的神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中系统鉴定了LOAD风险变体。通过ATAC-seq（assay for transposase-accessible chromatin using sequencing）技术，分析了每种细胞类型的染色质可及性区域（OCRs），并筛选出具有等位特异性差异的SNPs。结果显示，26个LOAD风险位点中，20个位点的38个ASOC SNPs与小胶质细胞特异性相关。

2. PICALM风险等位基因的功能验证
   研究聚焦于PICALM基因的rs10792832 SNP，该SNP在小胶质细胞中表现出显著的等位特异性染色质可及性差异。通过CRISPR-Cas9基因编辑技术，将风险等位基因（G/G）编辑为非风险等位基因（A/A），并在iPSC分化的小胶质细胞（iMGs）中验证了PICALM表达的变化。结果显示，风险等位基因显著降低了PICALM的表达水平（约50%），且这一效应仅在小胶质细胞中观察到，而在星形胶质细胞中未出现。

3. 转录因子结合与基因调控机制
   rs10792832位于转录因子PU.1（由SPI1基因编码）的结合位点，风险等位基因（G）破坏了PU.1的结合基序。通过染色质免疫沉淀（ChIP）实验，证实风险等位基因显著降低了PU.1的结合能力（仅保留约40%的结合活性），从而减少了PICALM的转录。这一结果与人类脑组织和小胶质细胞的表达数量性状位点（eQTL）数据一致，支持风险等位基因通过调控PICALM表达发挥作用。

4. 小胶质细胞功能表型分析
   研究团队发现，携带PICALM风险等位基因的小胶质细胞表现出明显的吞噬功能缺陷。通过荧光标记的β-淀粉样蛋白（Aβ）和髓鞘碎片（myelin debris）吞噬实验，发现风险等位基因iMGs的吞噬能力降低了40-50%。此外，通过CRISPRa（激活）和CRISPRoff（抑制）技术分别上调或下调PICALM表达，证实PICALM表达水平与吞噬功能直接相关。

5. 脂代谢与脂滴积累的机制研究
   转录组分析显示，风险等位基因iMGs中胆固醇合成和脂滴形成相关通路显著富集。脂质组学分析进一步证实，风险等位基因导致甘油三酯（TGs）水平显著升高（约2倍）。通过Filipin（游离胆固醇染色）和BODIPY（脂滴染色）实验，发现风险等位基因iMGs中脂滴积累显著增加（2-7倍）。此外，抑制脂滴形成的药物（如Triacsin C）可逆转吞噬功能缺陷，表明脂滴积累是导致功能异常的关键因素。

6. 溶酶体功能与氧化应激
   风险等位基因iMGs中，溶酶体相关基因（如ATP6AP2、VAMP1、CD74）表达下调，且溶酶体与脂滴的共定位增加。同时，活性氧（ROS）水平和脂质过氧化显著升高，进一步加剧了细胞应激状态。这些结果表明，PICALM风险等位基因通过溶酶体功能障碍和氧化应激促进脂滴积累，最终损害小胶质细胞功能。

主要结果

1. PICALM风险等位基因降低小胶质细胞中的PICALM表达
   CRISPR编辑和ChIP实验证实，rs10792832风险等位基因通过减少PU.1结合，导致PICALM表达下降。这一结果在人类脑组织和小胶质细胞的eQTL数据中得到验证。

2. 吞噬功能缺陷与脂滴积累
   风险等位基因iMGs表现出显著的Aβ和髓鞘碎片吞噬能力下降，且脂滴积累增加。脂质组学分析显示TGs水平升高，与小鼠衰老模型中的脂滴积累小胶质细胞（LDAMs）表型相似。

3. 溶酶体与氧化应激的关联
   风险等位基因导致溶酶体功能相关基因下调，溶酶体-脂滴共定位增加，ROS水平和脂质过氧化升高，表明细胞处于应激状态。

结论与意义

本研究揭示了PICALM风险等位基因通过调控小胶质细胞中的脂滴积累和溶酶体功能，损害其吞噬能力，从而促进AD的病理进程。这一发现不仅阐明了PICALM作为LOAD风险基因的分子机制，还为AD治疗提供了潜在靶点（如脂代谢调控或溶酶体功能修复）。此外，研究强调了小胶质细胞脂滴积累在神经退行性疾病中的重要性，为理解其他GWAS风险位点的功能机制提供了范例。

研究亮点

1. 创新性方法：首次将ASOC分析与CRISPR编辑、脂质组学和功能表型研究结合，系统解析非编码风险变体的功能机制。
   
2. 细胞特异性机制：揭示了PICALM风险等位基因在小胶质细胞中的特异性作用，为AD的细胞类型特异性病理提供了新见解。
   
3. 转化医学价值：明确了脂滴积累作为AD治疗靶点的潜力，为开发针对小胶质细胞功能障碍的干预策略奠定了基础。
   

其他有价值的内容

研究还发现PICALM风险等位基因与APOE4（AD最强遗传风险因子）可能存在协同作用，未来研究可进一步探索二者的遗传互作。此外，溶酶体功能障碍与脂滴积累的关联为其他神经退行性疾病的机制研究提供了新思路。