
分开培养空间,观察小胶质细胞迁入神经组织
阿尔茨海默病的体外研究需要同时观察 β-淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)、tau 蛋白变化和胶质细胞炎症。论文建立的人源三细胞模型,把神经元与星形胶质细胞放在中央三维培养区,把小胶质细胞放在相连的侧方区域。微通道使两区之间形成信号梯度,也允许追踪小胶质细胞向中央区域迁移。
主模型使用 ReNcell VM 人神经前体细胞,分化形成神经元和星形胶质细胞;疾病组携带家族性阿尔茨海默病相关 APP 变异。小胶质细胞来自永生化人源细胞系。模型以细胞系为主要材料,将 3 类细胞及其空间关系纳入评价。
研究者在神经元和星形胶质细胞分化 3、6 或 9 周后加入小胶质细胞,跟踪其后的细胞变化,并设置疾病/对照与二维/三维培养比较。这种分隔设计可以分别观察小胶质细胞招募过程与之后的损伤。
疾病表型与胶质细胞迁移随培养时间变化
三维疾病模型出现 Aβ 积累、tau 蛋白磷酸化及炎症相关分泌变化。钙成像还显示,疾病组神经元活动异常随培养时间加重,9 周培养物中高活动神经元的比例高于 3 周培养物。
三维疾病模型的小胶质细胞招募指数为 8.1±0.78%,高于二维疾病模型的 4.2±2.3% 和三维对照的 0.9±1.2%。CCL2 中和抗体减少迁移,支持该趋化信号参与招募。作者还讨论了 Aβ 和其他分泌信号的作用,CCL2 是这些招募因素之一。
与不加入小胶质细胞的 9 周疾病培养物相比,三细胞培养至第 6 天时,神经元与星形胶质细胞合计的核计数减少约 21%,荧光标记覆盖面积减少约 37%。细胞类别相关染色还显示,两种神经元标志 Tuj1 和 MAP2 信号分别减少约 35.5% 和 27.9%,星形胶质细胞标志减少约 15.7%。这些结果分别反映整体核计数、形态面积及特定细胞标志的变化。
抗体与 TLR4 拮抗剂分别检验炎症和损伤终点
与没有小胶质细胞的三维疾病培养物相比,三细胞模型的肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor-α,TNFα)浓度约为参照的 2.3 倍,一氧化氮(nitric oxide,NO)约为参照的 9.1 倍。加入 Toll 样受体 4(Toll-like receptor 4,TLR4)阻断抗体或干扰素 γ(interferon-γ,IFNγ)中和抗体后,这 2 种炎症介质降低。
研究者还检测培养液中的乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH),作为细胞损伤指标。TLR4 拮抗剂 LPS-RS 使三细胞疾病模型的 LDH 释放降低,为药理阻断减轻培养物损伤提供了直接证据。
抗体比较表明 IFNγ 与 TLR4 参与炎症介质的产生,LPS-RS 的 LDH 结果则补充了损伤终点。通路活动与细胞损伤由不同测量共同评价。
iPSC 来源神经细胞补充验证,并未替换全部细胞类别
为检验结果能否在另一类人源神经细胞中重现,研究者用诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源神经前体分化 3 周,形成神经元和星形胶质细胞,并比较 APP 变异模型与对照。该平行模型也表现出 Aβ 分泌、炎症变化及小胶质细胞招募;IFNγ 中和抗体减轻了神经元和星形胶质细胞损失。
平行实验更换了神经元和星形胶质细胞的来源,小胶质细胞仍使用同一永生化细胞系。作者提出,进一步研究需要采用原代或 iPSC 来源小胶质细胞,确认相关发现是否依赖这一细胞系。
人源模型中已完成通路干预,细胞来源限定适用范围
这套模型的药物研发价值来自已经完成的通路阻断实验:研究者能够同时追踪细胞招募、炎症介质和损伤,再检验干预是否改变这些过程。结果支持用该平台研究阿尔茨海默病神经炎症靶点,当前评价主要围绕 APP 变异细胞和相应炎症过程。
作者观察到小胶质细胞与受损神经结构相接触,但未能确定是否发生突触吞噬。主模型的细胞系背景与平行模型的细胞来源差异也需要保留;它们共同说明了本次验证覆盖哪些细胞和哪些疾病过程。