Alzheimer's Dement. ：阿尔茨海默病风险新变体Abi3 S212F——破坏小胶质细胞功能，重塑Aβ斑块结构

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为了在体内研究人类AD风险变体ABI3-S209F-的功能，研究团队首先利用CRISPR/Cas9技术在小鼠对应位点（S212F）成功构建了Abi3-S212F基因敲入小鼠模型。该变体不影响Abi3基因的转录或蛋白表达水平，确保了后续观察到的表型是由蛋白功能改变而非表达量变化引起的。为了探究该变体如何影响蛋白质功能，研究人员进行了免疫共沉淀结合质谱分析，以鉴定与野生型（WT）和突变型ABI3蛋白相互作用的蛋白网络。结果发现，尽管大部分互作蛋白是共有的，但Abi3-S212F变体展现出独特的互作谱。值得注意的是，在仅与Abi3-S212F变体结合的41种蛋白中，包含了Gasdermin D (GSDMD)。GSDMD是细胞焦亡（一种程序性细胞死亡）的关键执行蛋白，这一发现首次暗示了Abi3-S212F变体可能与小胶质细胞的存活及死亡通路异常有关，为后续的功能研究提供了重要线索。

图1： 展示Abi3-S212F小鼠模型的构建，并通过蛋白质组学分析揭示其与野生型不同的蛋白互作网络，特别是与细胞焦亡关键蛋白GSDMD的独特关联

基于蛋白质组学的发现，研究团队假设Abi3-S212F变体可能降低小胶质细胞的生存能力。为了验证这一点，他们对小鼠进行了一种“压力测试”：低剂量（150 ppm）喂食CSF1R抑制剂（PLX5622）。CSF1R是小胶质细胞生存所必需的信号受体，低剂量抑制剂会给小胶质细胞带来轻微的生存压力。实验结果显示，经过7天处理后，相比于野生型小鼠约10%的小胶质细胞减少，携带Abi3-S212F变体的小鼠小胶质细胞减少了25%30%，表明其对生存压力更为敏感。进一步的机制研究发现，在压力状态下，Abi3-S212F小鼠的小胶质细胞中，凋亡标志物活化的Caspase3（Act CASP3）和焦亡标志物GSDMD的水平显著升高。这一结果通过空间转录组学技术得到独立验证，证实了Abi3-S212F变体确实导致了更严重的小胶质细胞丢失。这表明，该AD风险变体通过增强细胞凋亡和焦亡通路，使小胶质细胞在逆境中变得异常脆弱。

图2：通过CSF1R抑制剂（PLX5622）处理，证明Abi3-S212F小鼠的小胶质细胞清除率更高，并检测到细胞凋亡（Caspase3）和焦亡（GSDMD）标志物水平上升

小胶质细胞在Aβ斑块周围形成物理屏障，将其“压实”成致密的、毒性相对较低的核心，是其关键的保护功能之一。为了探究Abi3-S212F变体如何影响这一过程，研究人员将其引入5xFAD（一种经典的AD小鼠模型）中。通过对不同年龄段（4、12、18个月）小鼠大脑的组织学分析，研究人员观察到一个惊人的现象：在12和18个月大的5xFAD/Abi3-S212F小鼠中，致密核心Aβ斑块（ThioS阳性）的数量和体积显著减少。然而，总的纤维状Aβ沉积（OC抗体染色）并未减少，甚至有增加的趋势。这表明，Abi3-S212F变体并未减少Aβ的产生或促进其清除，而是严重损害了小胶质细胞将弥散的Aβ“压实”成致密核心的能力，导致Aβ以一种更松散、可能更具神经毒性的形式存在。

图3：在5xFAD小鼠模型中，对比分析显示Abi3-S212F变体显著减少了致密核心Aβ斑块（ThioS染色），但总Aβ水平（OC染色）未减少，表明斑块压实能力受损

斑块压实能力的下降是否与小胶质细胞本身的异常有关？研究团队接着分析了斑块周围的小胶质细胞。结果发现，在18个月龄的5xFAD/Abi3-S212F小鼠中，皮层和海马区的小胶质细胞总数显著下降，并且围绕在Aβ斑块周围的小胶质细胞数量也明显减少。这些存活下来的小胶质细胞表现出功能障碍的迹象，其激活标志物CD68的水平降低。更重要的是，这些靠近斑块、本应发挥保护作用的小胶质细胞，其内部的细胞凋亡（Act CASP3）和焦亡（GSDMD）标志物水平显著升高。这表明，在长期的Aβ病理刺激下，携带Abi3-S212F变体的小胶质细胞不仅无法有效执行压实功能，自身也因不堪重负而走向死亡，最终导致保护性屏障的崩溃。

图4：在老龄5xFAD/Abi3S212F小鼠中，展示皮层和海马区小胶质细胞（IBA1）数量减少，围绕Aβ斑块的聚集能力下降，且细胞死亡标志物（Act CASP3, GSDMD）共定位增加

小胶质细胞的死亡究竟是Aβ斑块本身毒性导致的，还是Abi3-S212F变体与人源Aβ（hAβ）相互作用的直接后果？为了回答这个关键问题，研究人员使用了一种不形成Aβ斑块但表达人源Aβ的hAβKI小鼠模型。令人惊讶的是，即使在完全没有斑块的环境中，18月龄的hAβKI/Abi3-S212F小鼠依然出现了显著的小胶质细胞数量下降。对死亡机制的分析显示，这种细胞丢失主要是由细胞凋亡（Act CASP3阳性）驱动的。这一决定性实验证明，Abi3-S212F变体赋予了小胶质细胞一种内在的脆弱性，这种脆弱性在“衰老”和“人源Aβ”这两个AD关键风险因素的共同作用下被触发，导致细胞死亡，而这一过程并不需要Aβ斑块的形成。

图5：在不形成斑块的hAβKI模型中，展示18月龄的hAβKI/Abi3-S212F小鼠同样出现小胶质细胞数量的显著下降，并伴有凋亡标志物（Act CASP3）的增加，证实了斑块非依赖性的细胞脆弱性

为什么Abi3-S212F变体的影响在老年小鼠中尤为突出？为了从分子层面解释这种年龄依赖性，研究团队利用先进的CosMx空间转录组学技术，分析了不同年龄小鼠海马区小胶质细胞的基因表达谱。分析发现，随着小鼠从12个月衰老到18个月，一个以高表达Abi3基因为特征的小胶质细胞亚群（Abi3high）的比例显著增加，逐渐成为脑内的主导细胞类型。更有趣的是，通过分析公开的人类数据库，研究人员发现人类小胶质细胞中的ABI3表达同样随年龄增长而上调。这一发现提出了一个极具吸引力的模型：大脑在衰老过程中会越来越依赖ABI3的功能。因此，当个体携带一个功能受损的ABI3变体（如S209F）时，这种依赖性就变成了一个“阿喀琉斯之踵”，使得小胶质细胞在老年时更容易出现功能失调和死亡。

图6：结合空间转录组学和RNAseq数据，展示随着年龄增长，小鼠和人类小胶质细胞中Abi3的表达水平均上调，并且一个“Abi3高表达”的细胞亚群在老年时扩张

本研究系统地揭示了AD风险变体Abi3-S212F（对应人类ABI3-S209F）的致病机制。该变体并非简单地调节炎症，而是通过改变蛋白互作网络，诱导了一种功能失调且脆弱的小胶质细胞状态。这种细胞的核心缺陷表现为两方面：一是功能上，无法有效压实Aβ斑块，可能导致神经毒性更强的弥散性Aβ增多；二是生存上，对衰老和人源Aβ等压力因素异常敏感，更容易通过凋亡和焦亡途径死亡，最终导致保护性免疫屏障的瓦解。研究进一步提出，衰老过程中大脑对ABI3功能的依赖性增加，是该变体表现出年龄依赖性效应的关键。这项工作不仅深刻揭示了特定遗传风险如何转化为细胞层面的病理，也为AD的治疗指明了新的方向，即靶向调节小胶质细胞的细胞骨架动态和生存通路，可能成为针对携带此类风险变体患者的精准干预策略。