2021年4月28日，Nature刊登了来自弗吉尼亚大学夏洛茨维尔分校Sandro团队的一项研究成果，研究团队为我们展示了基于5xFAD 小鼠（一种表达家族性 AD 中发现的五种突变的淀粉样蛋白沉积的小鼠模型）的一项实验：对小鼠进行脑膜淋巴管消融，并通过加剧 Aβ、小胶质细胞增生、神经血管的沉积途径，使接受抗Aβ被动免疫疗法治疗的小鼠的病情恶化，加剧神经功能障碍和行为缺陷；同时，该团队还对比了血管内皮生长因子C（VEGF-C）的治疗效果：VEGF-C能改善单克隆抗体对Aβ的清除。值得注意的是，在脑膜淋巴系统功能受损的 5xFAD 小鼠的小胶质细胞中，其基因特征与来自 AD个体大脑的活化小胶质细胞的转录谱之间存在大量重叠。
阿尔兹海默病 (AD)是痴呆常见的原因。AD的特征是Aβ聚集体在大脑累积，其中一个原因就是Aβ清除机制的受损，而脑膜淋巴引流则参与该过程[1]。被动免疫疗法是使用单克隆抗体针对Aβ的一种充满前景的治疗策略，其旨在增强Aβ的清除过程。然而，使用单克隆抗体 Aducanumab（EMERGE 和 ENGAGE）进行的两项临床试验产生了不一致的结果[2]，这促使Sandro团队开始探究“改变脑膜淋巴引流是否会影响 AD 中的被动免疫治疗”。
团队对小鼠脑膜淋巴管内皮细胞 (LECs)、小胶质细胞和脑血管内皮细胞 (BECs) 进行转录分析，发现脑膜淋巴管功能与 AD 中的小胶质细胞和脑血管异常激活有关。值得注意的是，团队还在 AD 患者和进行脑膜淋巴管消融处理的AD转基因小鼠的大脑中发现了具有相似激活特征的小胶质细胞，该发现支持脑膜淋巴系统在调节 AD 神经炎症反应中的潜在作用。
首先，团队探究了5xFAD小鼠的脑膜淋巴管是否出现功能障碍，其研究结果表明在年轻（<3个月）5xFAD小鼠中，其脑膜淋巴管功能并没有出现障碍；在5-6个月大的小鼠中虽然未出现功能障碍，但能观察到沿上矢状窦、横窦和静脉窦汇合处的淋巴管覆盖率显著降低；在13-14个月大的小鼠中并未观察到上述静脉窦淋巴管覆盖率的差异，但在其背侧脑膜淋巴管系统却发现了功能障碍以及伴随的Aβ沉积增加，且这些Aβ沿着血管和淋巴管沉积。团队还发现：6个月大的 5xFAD小鼠脑膜中分离出的LEC，其胞吐作用、磷脂酶D信号传导和对低密度脂蛋白反应等过程的基因表达出现显着变化，这表明脑膜Aβ沉积可能会在早期通过某些有害过程影响脑膜LEC。同时，在5-6个月和11-12个月小鼠中，老年小鼠B细胞、CD4+ T细胞和CD8+ T细胞的数量显着增加，这可能表明脑膜淋巴管系统加速受损。
之后，团队分别使用mAducanumab和mAb158（Aducanumab和BAN2401的鼠源化抗体）来验证“脑膜淋巴引流的改变会影响单克隆抗体清除Aβ聚集体的能力”这一假设。团队将5xFAD小鼠先分为两大组，在每大组中再分成两小组，一组进行诱导处理，消融其脑膜淋巴管（Visudyne+光转化处理，暂且称为A组），一组作为对照（仅加Visudyne，暂且称为B组），之后每小组分为对照组和实验组，实验组用mAducanumab/ mAb158处理(暂且称为A1/B1组)，对照组使用mIgG处理(暂且称为A0/B0组)。结果表明：mAducanumab/mAb158治疗降低了B组小鼠Aβ斑块的密度（但斑块平均大小并未受到影响）相对于此，mAducanumab/mAb158的治疗在A组中则具有更高的Aβ覆盖率；在行为学实验中A组的结果较B组差，但B组的结果并未恢复正常表现（Figure1b-e），这表明5xFAD小鼠脑膜淋巴引流减少会加剧其临床表现的恶化，也在一定程度上体现了先前Aducanumab和BAN2401仅延缓Aβ的进展的结论[2-3]。与此同时，团队也发现了脑膜淋巴管的消融会影响到药物输送到Aβ位置的过程，因此小鼠脑膜淋巴引流的障碍会直接导致单抗从脑脊液流入大脑的减少，使得Aβ斑块的靶向清除减少。
Figure1. b-e展示了消融组（Vis/Photo）和未消融组（Vis）间、mAdu和mIgG处理间，Aβ以及受累神经元（LAMP1+）在5xFAD小鼠脑中的分布，可以看出两者存在显著差别。
基于上述结果及前人的研究，团队将深入研究聚焦到了与AD发病密切相关的小胶质细胞、参与血脑屏障形成的BEC、参与物质转运的LEC以及药物的作用这四个方面。
在小胶质细胞和BEC方面，研究团队利用单细胞测序技术发现了一些端倪。小胶质细胞方面，在A0组小鼠和B0组小鼠的对比中，两者间基因表达出现显著差异 ：A0组小鼠中LAMP1+营养不良神经轴突显著增加、Aβ斑块周边IBA1+细胞数量、IBA1+细胞上CD68水平和纤维蛋白原覆盖率增加，提示小鼠脑内髓样细胞异常激活，纤维蛋白原水平升高；白细胞迁移、活化相关基因、细胞因子产生正调节基因、疾病相关小胶质细胞（DAM）基因（Apoe、Lyz2、Fth1等）增加（mAducanumab可抑制此过程）。BEC方面，其基因表达则与有害的小胶质细胞激活、血管修复以及白细胞迁移有关，同时团队进一步发现脑膜淋巴引流减少不会显著影响Aβ转运、流出（Figure1、Figure2f-m）。
Figure2. f以及g-j展示了不同处理组中5xFAD小鼠脑中Aβ、纤维蛋白原以及髓样细胞标志物的含量差异；I展示了消融组与未消融组中小胶质细胞中基因表达差异的火山图，m则是其中前10个增加最多的基因类型。
在LEC方面，5xFAD小鼠相较于正常小鼠表达出更高水平的AD相关基因，同时发现LEC的此种表现与小胶质细胞的表达改变有关，于是，结合上述在小胶质细胞中的基因表达谱，研究团队对人类小胶质细胞进行了综合转录分析，得到了五组细胞簇：第一组为静息表型（表达BIN1、CX3CR1等稳态基因），第二组为激活表型（表现为低水平稳态基因和高水平的ABCA1、C5AR1等激活基因，在小鼠中具有DAM特征），第三组为另一种激活表型（同时高水平表达稳态基因和激活基因，称之为交替激活表型），第四组和第五组则是介于第一组和第二组表达水平之间的细胞簇。这些细胞簇对应到个体上则表现为：非AD个体大脑超过一半的小胶质细胞显示出静息状态表型，症状前AD个体富含第三组细胞簇，激活表型则在AD个体中占比最大。值得注意的是，与B组小鼠对比，A组小鼠表现为静息表型低比例，激活表型高比例（Figure3b-g），因此，结合AD相关表型和风险的全基因组关联的基于基因集的分析，研究团队有理由相信，在脑膜淋巴系统功能障碍的5xFAD小鼠中，其小胶质细胞上调的基因组与淀粉样蛋白、tau水平等AD风险存在关联，这也许为我们揭示了脑膜淋巴系统对AD影响的本质，甚至能让我们更加深入探究AD的发病基础。
Figure3. a定量展示了LEC与小胶质细胞中基因表达的分布，可以看出两者存在一定关联；b展示了五组细胞簇；c、d展示了稳态基因与激活基因在各组细胞簇之间表达的小提琴图，结果与文中相同；e展示了不同个体与不同组别之间的关系；f为消融组与人类小胶质细胞基因特征的表达差异；g为五组小胶质细胞的特征分数。
在药物作用方面，病毒介导的血管内皮生长因子-C (mVEGF-C)与mAb158对Aβ清除以及对抑制纤维蛋白原和病态小胶质细胞增生具有协同作用。研究团队还发现了mVEGF-C可以增强脑膜淋巴系统的功能：增强脑膜淋巴引流从而促进单抗介导的Aβ清除，同时其还可改善认知，这一结果可能与mVEGF-C激活某些线粒体基因表达、脂肪酸稳态基因、树突发育基因、蛋白折叠等有关。
最后，对于研究团队的结果，其为将来针对小胶质细胞、脑血管系统以及大脑淋巴引流系统治疗AD提供了发展基础，特别是对于研究AD发病中小胶质细胞的参与。对于AD早期患者，调节脑膜淋巴系统的功能可能起到早期干预作用，同时对于不同阶段的AD患者，未来也许可以通过针对脑膜淋巴系统的治疗或者基于此进行不同的个体化被动免疫治疗，来改善AD的进展，为我们治疗AD提供了新的途径。
原文：
Da Mesquita, S., Papadopoulos, Z., Dykstra, T. et al. Meningeal lymphatics affect microglia responses and anti-Aβ immunotherapy. Nature 593, 255–260 (2021). https://www.nature.com/articles/s41586-021-03489-0#citeas
参考文献：
[1] Da Mesquita S, Louveau A, Vaccari A, et al. Functional aspects of meningeal lymphatics in ageing and Alzheimer's disease. Nature. 2018;560(7717):185-191.
[2] Sevigny J, Chiao P, Bussière T, et al. The antibody aducanumab reduces Aβ plaques in Alzheimer's disease. Nature. 2016;537(7618):50-56.
[3] Logovinsky V, Satlin A, Lai R, et al. Safety and tolerability of BAN2401--a clinical study in Alzheimer's disease with a protofibril selective Aβ antibody. Alzheimers Res Ther. 2016;8(1):14. Published 2016 Apr 6.
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