【Nature】阿尔茨海默病中突触被胶质细胞过度吞噬，根源可能在兴奋性神经元自身#

Summary

阿尔茨海默病中胶质细胞过度吞噬突触导致认知减退的驱动机制尚不明确。该研究发现，在小鼠模型中，胶质细胞特异性过度消除兴奋性突触而减少抑制性突触消除；单核转录组测序鉴定出兴奋性神经元中异常异位表达的受体酪氨酸激酶ERBB4，其通过mTOR通路引发神经元异常放电、胶质增生、淀粉样斑块沉积和认知缺陷，敲除该基因可逆转上述病理。

突触丢失的研究卡在胶质细胞假说上，无法解释为什么两类突触命运相反#

在阿尔茨海默病（AD）的病理演进中，突触的大量丢失是导致认知能力衰退的关键病理特征之一。长期以来，主流观点认为β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积引发了小胶质细胞的反应性活化，通过补体途径介导了对突触的过度吞噬。此前，该研究团队曾揭示星形胶质细胞在成年海马中同样承担着吞噬和清除突触的功能，并且这种清除作用受神经元活动调控。

然而，如果单纯归咎于胶质细胞的炎症或过度活化，就很难解释疾病早期出现的一种不对称现象：为什么胶质细胞并不是无差别地吃掉所有突触，而是过度吞噬兴奋性突触，同时减少了对抑制性突触的清除？

这一现象意味着，突触的丢失并不是胶质细胞单方面的失控，而是突触本身向胶质细胞传递了异常的信号。在阿尔茨海默病早期，神经网络普遍存在兴奋性神经元过度活跃、抑制性神经元活性下降的失衡状态。但这种神经元活动的不平衡是如何产生的，它又是如何具体指挥胶质细胞去错误地修剪突触，背后的分子驱动机制此前一直没有清晰的答案。

从神经元自身状态切入，寻找驱动异常放电的早期分子开关#

研究人员改变了以往只盯着胶质细胞表型的视角，转而把重点放在早期兴奋性神经元的内在分子变化上。

既然神经元活动能够调节胶质细胞的吞噬行为，那么阿尔茨海默病早期的兴奋性神经元过度活跃，很可能源于某些基因在神经元内部发生了异常表达。通过在疾病发生的最早时间点对海马组织进行高通量的单核转录组测序，研究人员试图在胶质细胞大面积活化之前，捕捉到兴奋性神经元内部最先亮起的那盏“警示灯”。

测序分析显示，在淀粉样斑块刚开始出现的阶段，兴奋性神经元内部就已经分化出一个特殊的细胞亚群，研究人员将其命名为早期响应兴奋性神经元（EREN）。进一步的加权基因共表达网络分析（WGCNA）和通路富集将焦点锁定在一个受体酪氨酸激酶基因上——Erbb4。

在正常的成年哺乳动物中枢神经系统中，ERBB4原本几乎只表达在小白蛋白（PV）阳性的抑制性中间神经元上，负责调控突触形成。然而在阿尔茨海默病状态下，这个激酶却异常地在兴奋性锥体神经元中被诱导表达出来。作者推测，正是这一异位表达的受体激酶及其下游的mTOR信号级联，直接改变了兴奋性神经元的内在兴奋性，从而拉开了后续突触消除失衡、胶质细胞活化以及认知损伤的序幕。

Fig.1 Differential elimination of excitatory and inhibitory synapses by AD glia.#

从单细胞测序到基因编辑与电生理的全链条证据#

为了验证这一假设，研究团队结合单核转录组、电生理记录、双色突触吞噬报告系统、CRISPR基因编辑以及人脑临床样本数据，构建了系统的实验证据链。

1. 胶质细胞对兴奋性与抑制性突触的相反吞噬表型#

研究人员利用耐酸/酸敏感的双色荧光报告系统（ExPre和InhiPre）分别标记海马CA1区的兴奋性突触前膜和抑制性突触前膜。

在APP/PS1和5×FAD小鼠模型中，随着病程进展，星形胶质细胞和小胶质细胞对兴奋性突触的吞噬均显著增加，而对抑制性突触的吞噬则明显减少。
星形胶质细胞的吞噬异常早在6月龄（APP/PS1）或3月龄（5×FAD）时就已发生，先于小胶质细胞出现明显变化。
到4月龄时，5×FAD小鼠海马CA1区辐射层的兴奋性突触数量显著减少，而腔隙分子层的抑制性突触数量反而上升。
化学遗传学实验证实，人工增强神经元活性会刺激胶质细胞吞噬突触，而抑制神经元活性则会下调吞噬，直接证明突触吞噬由神经元自身的活动状态主导。

2. 异常表达的ERBB4激酶是EREN的核心特征#

单核转录组测序（snRNA-seq）分析了2月龄和3月龄5×FAD小鼠的海马组织：

兴奋性神经元在3月龄时展现出最明显的转录重构，分化出的EREN亚群富集了与神经退行性疾病相关的通路。
模块分析和通路交叉筛选显示，Erbb4是唯一重叠于核心共表达模块且显著富集的通路基因。
免疫荧光和荧光原位杂交（FISH）证实，在3月龄和4月龄5×FAD小鼠的CA1区锥体神经元中，ERBB4蛋白和mRNA水平显著上调，而在正常小鼠中该蛋白仅定位于PV阳性中间神经元。
脑内直接注射Aβ寡聚体可在2天内诱导兴奋性神经元表达ERBB4；而在Trem2敲除的5×FAD小鼠中，EREN依然正常出现，说明Aβ诱导ERBB4表达的过程并不依赖于小胶质细胞的活化。

Fig.2 snRNA-seq reveals aberrant Erbb4 expression in ERENs.#

3. 敲除兴奋性神经元Erbb4可逆转多种病理表型#

研究团队使用CaMKIIa启动子驱动的SaCas9病毒体系，特异性敲除5×FAD小鼠CA1区兴奋性神经元中的Erbb4：

电生理与神经元活性恢复： 敲除Erbb4显著降低了锥体神经元过高的内在兴奋性（动作电位发放频率恢复正常），降低了c-FOS阳性兴奋性神经元比例，并使原本活性低下的生长抑素（SST）阳性抑制性中间神经元活性恢复至正常水平。全细胞膜片钳记录显示微小兴奋性突触后电流（mEPSC）频率恢复，表明功能性兴奋性突触输入得到挽救。
突触吞噬与数量正常化： 兴奋性突触被过度吞噬的现象被完全遏制，抑制性突触的清除回升，兴奋性和抑制性突触密度均恢复到野生型水平。
胶质细胞炎症与淀粉样斑块减少： 星形胶质细胞活化标志物（S100β、GFAP）和小胶质细胞活化标志物（IBA1、AXL）水平显著下降，疾病相关小胶质细胞（DAM）表型减轻。令人意外的是，海马内Aβ斑块的数量和面积也显著减少，转录组数据显示App、Psen1、Bace1等淀粉样蛋白前体加工相关基因的表达同步下调。
认知功能挽救： 在自发交替、新物体位置识别、新物体识别以及Barnes迷宫测试中，4月龄5×FAD小鼠的记忆和学习障碍均被完全逆转。即便在8月龄给药、10月龄评估的晚期治疗实验中，敲除Erbb4依然显著减少了胶质增生和淀粉样斑块沉积。

Fig.3 Reducing Erbb4 in ERENs rescues AD pathophysiology.#

4. 野生型小鼠中过表达Erbb4足以诱发阿尔茨海默病样病理#

为了证明充分性，研究人员在2月龄健康野生型小鼠的CA1兴奋性神经元中适度过表达Erbb4（控制在5-15%的锥体神经元中表达，模拟5×FAD病理水平）：

在完全没有Aβ斑块存在的情况下，仅过表达Erbb4就足以引发兴奋性神经元过度放电、SST神经元活性降低、胶质细胞过度吞噬兴奋性突触、反应性胶质增生以及小鼠空间记忆和认知能力受损。
当引入激酶失活突变体（K751M）时，上述病理表型全部消失，证明这些损伤完全依赖于ERBB4的酪氨酸激酶活性。

Fig.4 Ectopic Erbb4 expression in excitatory neurons induces AD-like pathophysiology.#

5. 机制验证：mTOR信号通路的必要介导#

研究人员进一步探究了ERBB4的下游机制：

在5×FAD小鼠兴奋性神经元中特异性敲除mTORC1复合体的关键组分Rptor，能够完全复现敲除Erbb4带来的保护效应（降低过度放电、恢复SST活性、阻断异常突触吞噬、减轻胶质增生并减少Aβ沉积）。
在过表达Erbb4的野生型小鼠中同时敲除Rptor，可以完全阻断由ERBB4引起的电生理紊乱、胶质细胞活化和突触丢失。转录组分析显示，ERBB4-mTOR轴通过下调一系列电压门控钾通道和GABA受体亚基的转录，直接破坏了神经元对自身兴奋性的内在制动机制。

Fig.5 Aberrant Erbb4 alters the cellular landscape and cognitive function.#

6. 人体临床数据与多病种中介分析#

为了评估该机制在人类患者中的相关性：

临床阿尔茨海默病患者海马切片的FISH染色证实，SLC17A7阳性的兴奋性神经元中ERBB4 mRNA水平显著高于非痴呆对照组。
分析ROSMAP队列中446例人类前额叶皮层单核转录组数据发现，高表达ERBB4的兴奋性神经元亚群比例与CERAD斑块评分呈显著正相关，与简易精神状态检查（MMSE）认知评分呈显著负相关。
定向中介分析和结构方程模型支持“ERBB4位于Aβ病理下游，但作为核心放大器驱动后续tau蛋白传播与认知衰退”的因果通路模型（拟合优度良好， $P=0.9863$ ）。
初步分析显示，在进行性核上性麻痹（PSP）和亨廷顿病（HD）患者皮层中，同样观察到了高表达ERBB4的兴奋性神经元亚群，且其表达水平与疾病严重程度呈正相关。

揭示了恶性循环的节点，但分子诱导细节和干预手段仍有待明确#

这项研究把阿尔茨海默病早期病理的触发链条向前推进了一步。它表明胶质细胞介导的突触过度消除并非孤立的炎症反应，而是兴奋性神经元受到Aβ刺激后异常表达ERBB4激酶所引发的继发性后果。这一发现将神经元活动异常、突触剪切失衡、神经胶质反应以及淀粉样蛋白前体加工串联在同一条以ERBB4-mTOR为核心的轴线上，合理解释了为什么单纯清除Aβ斑块难以完全逆转下游认知功能退化。

在看到这一机制解释力的同时，也需要客观评估其研究边界和转化距离：

第一，上游激活信号尚不完整。虽然实验证实向脑内注射Aβ寡聚体可在数天内诱发Erbb4表达，但究竟是哪种内源性配体或转录因子在介导这一转录激活，目前仍未明确。

第二，抑制性突触重塑的时空复杂性。尽管观察到了抑制性突触数量增加但微小抑制性突触后电流（mIPSC）并没有同步增强的现象，提示这些新生突触可能处于无功能或未成熟状态，但不同亚型抑制性中间神经元在疾病各阶段的动态变化仍需进一步解析。

第三，药物干预的靶向特异性挑战。由于ERBB4在正常的PV抑制性中间神经元中承担着维持正常生理功能的作用，直接使用非特异性的全脑小分子激酶抑制剂可能会带来严重的副作用。如何在临床转化中实现针对兴奋性神经元或病理状态下ERBB4通路的特异性抑制，将是后续转化研究需要攻克的实际难题。

参考文献：Lee, S.Y., Park, E., Lee, HE. et al. Aberrant excitatory neuronal ERBB4 promotes Alzheimer’s disease pathology. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10964-z