撰文
Qi
#阿尔兹海默症#（AD）是一种以神经元丢失和蛋白错误折叠和沉积为特征的神经退行性疾病。尽管已有大量研究来解释蛋白沉积的形成机制，但AD中细胞功能障碍的核心原因究竟是什么，人们尚未达成统一意见。体细胞突变可以发生在有丝分裂后神经元中，可以在被称为“genosenium（表示基因组-genome与衰老-senium的关联性）”的过程中逐渐积累。AD患者表现出增加的氧化应激和体细胞单核苷酸变异（sSNVs），但这些sSNVs在多大程度上得以修复以及是否会对基因组结构产生长期影响仍然未知。
年4月20日，医院的ChristopherA.Walsh等多个团队在Nature杂志上合作发表了一篇题为SomaticgenomicchangesinsingleAlzheimer’sdiseaseneurons的文章，他们将单细胞全基因组测序（scWGS）应用于AD个体以阐明与AD相关的体细胞突变类别、数量和基因组位置等信息。
首先，研究人员对从AD和对照个体大脑中分离出的锥体神经元进行scWGS以识别sSNVs。在正常PFC神经元中，与年龄相关的突变增加主要由某些CT和TC变化驱动，称为特征A，该特征在所有样本中的贡献随年龄增长而增加。与对照组相比，AD组的sSNVs显著增加，神经元中包含数百个超出年龄预期的额外sSNVs，且普遍分布于在整个基因组当中。这种分布的广泛性提示体细胞突变可能不是构成AD发病机制的初始事件，更可能是继发性的。进一步的突变特征分析表明AD组中的特征C显著增加，该特征表现为CA取代，且报道与鸟嘌呤核苷酸的氧化损伤有关。由氧化应激引起的最常见的氧化核苷酸损伤是8-氧鸟嘌呤（8-oxoG），因而可以作为细胞氧化状态和DNA损伤的生物标志物。果不其然，靶向8-oxoG的IF结果显示AD神经元中的8-oxoG水平显著高于对照组，这也与上述发现的AD组中的特征C变化一致。
图1.对AD和对照个体神经元进行scWGS的实验流程示意图
对AD和对照组神经元突变基因座进行GO分析可以发现参与神经元功能的基因富含sSNVs。如果把sSNVs与转录表达一起考虑的话，就需要通过模板状态来区分sSNV位点是在模板链上还是未转录的互补链上，研究人员发现CA表现出明显的转录链倾向。引起氨基酸改变的体细胞突变可通过多种机制引起神经元功能障碍，在蛋白编码基因中，AD神经元也表现出比对照组更多的非同义突变。此外，随着体细胞突变在基因组中累积，同一基因中两个有害的外显子突变产生该基因敲除细胞的可能性呈指数增长，如果对sSNVs引起的敲除神经元率进行建模，可以发现AD组相较于对照组的显著增加，表明功能失调的神经元在AD中更为丰富。
总的来说，这项工作通过对个神经元的scWGS分析揭示了AD患者神经元中的sSNVs特征，这些特定突变模式为它们在AD发病机制中的原因和潜在影响提供了线索以及治疗靶点，例如特征C的显著增高与AD中显著的氧化损伤水平报道一致。当前存在的一个主要问题是AD中Aβ和tau沉积与基因组损伤之间是怎样的关系，两者均可诱导细胞内的氧化应激，可能进一步加剧了sSNVs的影响并诱发更多sSNVs的出现。因此，确定AD中的蛋白质错误折叠和其他已知事件如何与疾病发病机制中体细胞突变积累相关十分重要。
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