阿爾茨海默病（AD）是最-常見的癡呆癥類型，其特征是細胞內tau蛋白形成神經纖維纏結，以及細胞外淀粉樣蛋白β（Aβ）聚集形成老年斑。大腦中的小膠質細胞是一種吞噬性免疫細胞，負責清除這些致病蛋白。因此，小膠質細胞功能障礙以及影響其高表達的基因突變，成為阿爾茨海默病研究者關注的重點。在AD的病理過程中，小膠質細胞會遷移并聚集在Aβ斑塊周圍，但卻無法清除它們。一個可能的解釋是溶酶體活性受損，這可能影響小膠質細胞的吞噬能力。
美國華盛頓大學的研究人員此前在人類小膠質細胞模型中發現，缺失一種細胞內分揀蛋白會導致溶酶體膨大。這種蛋白被稱為SORLA（sortilin相關受體蛋白），由SORL1基因編碼，在小膠質細胞中高度表達。SORL1基因的突變與AD相關。
在最-新研究中，Mishra等人探究了SORLA作為受體和溶酶體運輸調節因子的功能。他們的目標是了解在AD患者中觀察到的SORLA表達減少如何影響小膠質細胞中的溶酶體功能，以及這如何與阿爾茨海默病相關。他們使用人誘導多能干細胞生成野生型和SORL1敲除的小膠質細胞樣細胞（hMGLs），以研究SORLA缺失對溶酶體功能的影響。
溶酶體降解功能減弱
研究人員使用DQ-BSA (一種僅在溶酶體中降解時發光的物質) 處理野生型 (WT) 和敲除型 (KO) hMGLs，并通過流式細胞術測量細胞內熒光強度。結果顯示，與WT對照組相比，SORL1 KO hMGLs的溶酶體降解能力下降。起初研究人員懷疑這是由于溶酶體酶活性降低所致。但由于整體溶酶體蛋白表達未受影響，研究人員轉而尋找其他解釋，重點研究缺乏SORLA的細胞中的活性變化。
溶酶體水解酶從高爾基體 (TGN) 運輸到溶酶體的過程可通過一種由非依賴陽離子的甘露糖-6-磷酸受體 (CIMPR) 和多蛋白復合體retromer調控的途徑實現。為了確定SORLA缺失是否干擾該功能，研究人員使用針對溶酶體酶 (如cathepsin B、cathepsin D和HEXB) 的抗體，通過免疫細胞化學分析測量它們與TGN和晚期內體/溶酶體標記物的共定位情況。
結果顯示，SORL1 KO hMGLs與TGN標記物TGN38的共定位增加，而與溶酶體標記物LAMP1的共定位減少，表明溶酶體酶從TGN到溶酶體的運輸出現錯誤。接下來，研究人員研究了運輸蛋白CIMPR，以確定SORLA缺失如何導致這些酶滯留在TGN中。通過共定位實驗和蛋白印跡分析，他們發現KO hMGLs中CIMPR表達降低，與LAMP1的共定位也減少。
綜合數據表明，SORL1敲除的hMGLs中，CIMPR依賴的運輸途徑受損。
吞噬作用與溶酶體應激
該實驗隨后評估了在 SORL1 敲除的人類小膠質細胞（hMGLs）中，溶酶體內吞噬的底物是否因溶酶體分解代謝減少而積累。測量了熒光團標記的淀粉樣蛋白β 1-42 纖維（fAb）和染料標記的突觸體的積累，發現缺乏 SORLA 的細胞中這些物質增加。在用氯喹抑制分解代謝時，野生型（WT）和敲除型（KO）細胞均表現出這些底物積累增加。為了檢查 KO 細胞中積累是否與吞噬攝取增加有關，研究人員再次將它們與fAb、染料標記的突觸體以及 StressMarq 的淀粉樣蛋白β 1-42 寡聚體（目錄號 SPR-488）共同孵育。有趣的是，KO細胞對突觸體和纖維的攝取增加，但對寡聚體沒有增加，揭示吞噬作用的增加可能與底物特異性相關。吞噬細胞表面受體TREM2 和 P2Y6 在 SORL1 KO hMGLs 上顯示出細胞表面定位增加，表明 SORLA 維持細胞表面最-佳的吞噬受體水平。因此得出結論：吞噬底物的攝取增加和降解減少是導致SORL1 KO hMGLs 溶酶體功能障礙和壓力的關鍵因素。
圖1. 淀粉樣蛋白β 1-42 寡聚體(目錄號 SPR-488)的透射電子顯微鏡(TEM)成像。
由于研究人員發現 CIMPR 調控的運輸途徑在 SORL1 KO hMGLs 中受損，他們進一步研究了溶酶體外排(LE)這一替代途徑是否能緩解溶酶體壓力。LE途徑是一個鈣依賴過程，使溶酶體能夠與質膜融合并將其內容物釋放到細胞外環境。此外，該途徑至關重要，因為它使小膠質或其他免疫細胞能夠在響應外部刺激時釋放促炎細胞因子和溶酶體酶，以維持細胞穩態。Mishra等人發現該途徑在SORL1 KO hMGLs中也受損，加上KO細胞中溶酶體酶活性整體下降，導致細胞外酶活性水平降低。在接受促炎刺激 (如IFNγ或LPS) 后，SORL1 KO hMGLs也表現出多種促炎和抗炎細胞因子的分泌減少。
本研究旨在了解 SORL1 突變如何增加阿爾茨海默病風險。使用體外小膠質樣細胞模型，研究人員觀察到溶酶體酶運輸錯誤導致溶酶體降解受損。吞噬作用在底物特異性方式下增加，淀粉樣蛋白和突觸體在溶酶體中積累。LE替代途徑也減弱，導致細胞外溶酶體酶和參與炎癥反應的細胞因子水平降低。這些綜合效應可能導致溶酶體壓力、細胞內有毒蛋白積累，以及處理AD 病理的促炎反應減少。研究結果強調了靶向小膠質細胞及其溶酶體通路作為AD治療策略的潛力。
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