Блокировка IL-17 ослабила когнитивные нарушения у самок мышей с болезнью Альцгеймера

APOE4 — сильный генетический фактор риска развития болезни Альцгеймера, особенно у женщин. Проанализировав транскриптомы клеток у пациентов с этим заболеванием, авторы публикации в Nature Medicine выявили популяцию нейтрофилов, активно экспрессирующих провоспалительный IL-17. Эти нейтрофилы влияли на фенотип микроглии и нарушали ее ответ на нейродегенерацию, ухудшая когнитивное состояние пациентов и подопытных мышей, причем эффект зависел от пола. По результатам опытов на мышах исследователи предполагают, что IL-17 может стать мишенью для воздействия при когнитивных нарушениях у женщин-носительниц аллеля ε4 APOE.

Изображение:
Интерлейкин-17.
Credit:
123rf.com

Аллель ε4 APOE — серьезный генетический фактор риска развития болезни Альцгеймера (БА), причем у женщин-носительниц этого аллеля в гетерозиготе риск выше, чем у гетерозиготных по нему мужчин. Уже было показано, что ассоциированная с болезнью микроглия способна защищать от когнитивных нарушений, однако при носительстве APOE ε4 защитный фенотип нарушается. Кроме того, APOE4 экспрессируется в нейтрофилах и контролирует их активацию, причем для нейтрофилов была показана негативная роль при БА. Авторы статьи в Nature Medicine исследовали, как пол и генотип по APOE определяют ландшафт микроглии и нейтрофилов, ассоциированный с когнитивными нарушениями.

Исследование проводили на когорте пациентов с БА с генотипами APOE ε3/3 и APOE ε3/4. Из замороженных образцов мозга отбирали единичные ядра, которые анализировали с помощью секвенирования РНК (snRNA-seq). Всего было выявлено 13 кластеров миелоидных клеток, 12 из которых относились к микроглии. Анализ главных компонент этих клеток показал, что именно пол, а не генотип или диагноз, вносит наибольший вклад в дифференциальную экспрессию генов.

Наиболее высокая экспрессия генов P2RY12, TMEM119 и CX3CR1 наблюдалась в кластерах гомеостатической микроглии, там же была умеренно увеличена экспрессия рецептора интерлейкина 17А (IL17RA). Увеличение экспрессии этого рецептора было более выраженным в промежуточной микроглии (переходной форме от гомеостатической к нейродегенеративной). При этом относительное количество ее клеток снижалось в образцах, полученных от женщин с генотипом APOE ε3/3 при переходе к когнитивным нарушениям, тогда как при генотипе APOE ε3/4, напротив, происходило обогащение этого кластера.

Представленность двух кластеров нейродегенеративной микроглии (MG7 и MG9) положительно коррелировала с тауопатией в образцах женщин, еще одного (MG8) — отрицательно. В образцах, полученных от мужчин, корреляция наблюдалась только для MG7. Корреляции с амилоидной нагрузкой не отмечалось. Кроме того, у носительниц APOE ε3/4 в MG7 и MG9 наблюдалась повышенная экспрессия IL17RA. Примечательно, что IL-17 усиливает экспрессию IL-8, вместе с которым они способствуют привлечению нейтрофилов и активации нейтрофильных внеклеточных ловушек. Исходя из этого, авторы предположили, что APOE4 предрасполагает женщин-носительниц к БА, вызывая дегрануляцию нейтрофилов, которая сказывается на состоянии микроглии.

Чтобы изучить, как APOE4 влияет на фенотип нейтрофилов, авторы работы проанализировали смешанную когорту пациентов с легкими и выраженными когнитивными нарушениями. Клинический диагноз определяли по сниженному баллу шкалы Mini-Mental State Examination и повышенному — Quick Dementia Rating System (QRDS). Также у пациентов исследовали клеточный состав крови. Секвенирование РНК нейтрофилов выявило у пациентов активацию модулей коэкспрессирующихся генов, связанных с сигналингом IL-1. Также активировался сигналинг IL-17F — паралога IL-17A.

Переход от легких когнитивных нарушений к БА характеризовался возрастанием уровня FOXP3 и снижением IGF1, маркера нейропротекторных нейтрофилов. При этом у носителей генотипа APOE ε3/4 анализ выявил усиление путей, связанных со старением, и ослабление восстановления ДНК. Общие для пациентов женского и мужского пола пути включали усиление сигналинга TGFβ и подавление IFNγ.

Ученые проанализировали образцы женщин и мужчин отдельно, чтобы выявить гены, дифференциальная экспрессия которых зависит от пола. Секвенирование РНК клеток женской крови выявило отрицательную регуляцию SELL, что связано с созреванием нейтрофилов, и активацию IL18R1, NR3C1, CCL2 и IL-17F. Эффект был более выражен у носительниц APOE ε3/4.

В образцах, взятых у мужчин с легкими когнитивными нарушениями, была повышена экспрессия генов, связанных с TGFβ-сигналингом. У женщин в этом статусе активировались п3ути адгезии нейтрофилов, сигналинг сигнализацией IL-10, TGFβ, IL-17A, IL-17F и IL-1. Также у них возрастал уровень экспрессии гена, кодирующего тау-белок. Полученные результаты указывают на роль TGFβ-сигналинга в патогенез БА у обоих полов, а также на IL-1 и IL-17-сигналинг как движущую силу когнитивных нарушений, причем у женщин-носителей APOE ε3/4 это влияние сильнее.

При возникновении когнитивных нарушений у женщин с APOE ε3/4 в нейтрофилах активировались гены, связанные с иммуносупрессией, в том числе NR3C1, LAG3 и IL17F. Также возрастал уровень антиапоптотического гена BCL2. Это указывает на общее возрастание количества нейтрофилов и индукцию IL-17-сигналинга при когнитивных нарушениях. Возрастал и сигналинг TGFβ и IL-10. Также у женщин-носительниц APOE ε3/4 активней формировались нейтрофильные ловушки.

Дальнейший анализ подтвердил, что аллель APOE4, экспрессируемый у здоровых женщин, может способствовать формированию иммуносупрессивной сигнатуры старения в нейтрофилах, а это, в свою очередь, способно предрасполагать носительниц соответствующего аллеля к БА.

Подробное исследование нейтрофилов, полученных от женщин, выявило пять кластеров этих клеток. Один из них был обогащен нейтрофилами женщин-носительниц APOE ε3/4; он характеризовался высоким уровнем TGFβ и промежуточным — IL-17. Также присутствовал обогащенный IL-17, IL-10 и PD-1 кластер, специфичный для носителей APOE ε3/4 с когнитивными нарушениями. Когда ученые проанализировали взаимодействие нейтрофилов с клетками микроглии, они убедились, что IL17+IL-10+ иммуносупрессивные нейтрофилы нарушают фенотип микроглии, ассоциированной с нейродегенеративными заболеваниями, у носительниц APOE4.

Опыты на мышах с делецией APOE4 показали, что сигналинг APOE контролирует дегрануляцию нейтрофилов, связанную с иммуносупрессией и старением. Секвенирование РНК микроглиальных клеток показало, что у мышей с APOE3 было значительно больше нейродегенеративной микроглии, чем у мышей с APOE4. Нокаут APOE4 восстанавливал микроглиальный фенотип.

Чтобы оценить роль IL-17F в регуляции реакции нейродегенеративной микроглии, авторы статьи вводили самкам мышей флуоресцентно меченые апоптотические нейроны. Части животных также вводили антитело к IL-17F. Оказалось, что IL-17F-сигналинг контролирует инфильтрацию мозга нейтрофилами, которая, в свою очередь, связана с нарушением активности нейродегенеративной микроглии. Этот негативный эффект ослабляется блокадой IL-17F.

Таким образом, авторы выявили у носителей APOE4 генетические паттерны нейтрофилов и микроглии, ассоциированные с когнитивными нарушениями и зависящие от пола. APOE4-микроглия продемонстрировала повышенную чувствительность к сигналу дегрануляции нейтрофилов при болезни Альцгеймера, причем повышение уровня этого сигнала коррелировало с таупатией у женщин. При этом переход от промежуточной к нейродегенеративной микроглии контролируется уровнем IL17RA, который нарушается у женщин-носительниц APOE ε3/4.


APOE4 в гомозиготе — особая наследственная форма болезни Альцгеймера?

Источник

Rosenzweig, N., et al. Sex-dependent APOE4 neutrophil–microglia interactions drive cognitive impairment in Alzheimer’s disease. // Nature Medicine (2024). DOI: 10.1038/s41591-024-03122-3

Добавить в избранное