誰在加速大腦中毒蛋白堆積？中山七院李志剛團隊揭示循環細胞外囊泡運輸C1q促進Aβ生成機制

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2025年8月29日，中山大學附屬第七醫院李志剛教授在Journal of Neuroinflammation發表：Circulatory extracellular vesicles transport complement C1q for promoting neuronal amyloid-β production in Alzheimer’s disease，揭示了循環細胞外囊泡運輸補體C1q以促進阿爾茨海默病中的神經元淀粉樣β蛋白產生。

阿爾茨海默病（AD）是最常見的癡呆類型。AD的一個主要病理特征是淀粉樣β蛋白（Aβ）的聚集，這主要由β-分泌酶（BACE1）的活性驅動。然而，導致Aβ持續積累的機制尚不清楚。循環中的細胞外囊泡（EVs）可能在AD進展中起關鍵作用。在此，作者研究了AD中的循環EVs是否促進Aβ的生成和聚集。本研究中，發現與從野生型小鼠（WT）分離的循環EVs（WTEVs）相比，從APP/PS1小鼠分離的循環EVs（APPEVs）濃度更高并在神經元中激活了JAK2-STAT1通路，上調了BACE1的表達和活性。這一級聯反應促進了脂筏中淀粉樣前體蛋白（APP）的β-切割，誘導了大量Aβ的生成。蛋白質組學分析揭示，APPEVs中的補體C1q是激活JAK2-STAT1-BACE1通路的關鍵蛋白?？傊贏D進展過程中，含有補體C1q的循環EVs被遞送至神經元激活其JAK2-STAT1信號通路。

圖一 APP/PS1小鼠血漿中細胞外囊泡的濃度升高

作者從6月齡雄性野生型（C57BL/6）和AD模型（APP/PS1）小鼠中分離血漿細胞外囊泡（EVs），分別命名為WTEVs和APPEVs。免疫熒光證實APP/PS1小鼠海馬存在Aβ斑塊，符合AD病理特征。采用尺寸排阻色譜結合超速離心法純化小EVs。蛋白印跡顯示，WTEVs和APPEVs均表達外泌體標志物ALIX、CD9和CD81，且無線粒體污染，電鏡下均呈典型杯狀結構，直徑約100 nm。值得注意的是，APPEVs中ALIX和CD9水平更高，納米流式分析進一步證實其濃度顯著高于WTEVs，而粒徑無差異。結果表明，該方法可高效分離血漿小EVs，且AD模型小鼠血漿EVs濃度更高。

圖二 APPEVs通過JAK2-STAT1-BACE1信號通路誘導神經元Aβ42的產生

隨后，作者探究了APPEVs是否能夠誘導神經元中Aβ的生成增加。與對照組或WTEVs處理組相比，經APPEVs處理的原代神經元及其培養上清液中Aβ42的濃度顯著升高。Aβ42的生成源于APP先后被β-分泌酶（BACE1）和γ-分泌酶切割，而由α-分泌酶和γ-分泌酶切割則產生可溶性片段。因此，β-分泌酶的活性決定了Aβ42的病理性生成。對神經元BACE1活性的評估顯示，與WTEVs處理組相比，APPEVs處理后神經元中的BACE1活性顯著增加。此外，APPEVs處理組中BACE1蛋白的表達水平也顯著上調。為評估阿爾茨海默病小鼠來源的血漿細胞外囊泡（APPEVs）是否損傷神經元，研究首先檢測乳酸脫氫酶（LDH）釋放，發現APPEVs未增加LDH釋放，表明其不直接損害神經元活力。已知BACE1（β-分泌酶）受JAK2-STAT1通路調控。實驗發現，與對照組或野生型EVs（WTEVs）處理組相比，APPEVs顯著增強神經元中JAK2（Tyr1007/1008）和STAT1（Tyr701）的磷酸化，并促進p-STAT1向細胞核轉位。免疫熒光也顯示APPEVs上調BACE1表達及p-JAK2水平。使用JAK2抑制劑XL019或STAT1抑制劑FDB后，APPEVs誘導的BACE1上調被顯著抑制，證明該效應依賴JAK2-STAT1通路。進一步研究發現，APPEVs促進APP與BACE1在脂筏（GM1標記區域）中共定位，提示其增強APP的β-切割活性，最終導致Aβ42生成增加。APPEVs雖不直接損傷神經元，但通過激活JAK2-STAT1信號通路上調BACE1表達，從而增強Aβ 42的產生，加劇AD相關病理過程。

圖三 血漿細胞外囊泡進入大腦，且未破壞血腦屏障

為了探究循環中的細胞外囊泡是否能夠穿過血腦屏障并進而調控神經元Aβ42的生成，作者通過尾靜脈注射的方式向小鼠分別給予PBS、PBS-DiR、WTEVs-DiR和APPEVs-DiR。WTEVs-DiR和APPEVs-DiR均成功進入大腦，且兩者之間無顯著差異，表明WTEVs和APPEVs穿越血腦屏障的效率相似。此外，WTEVs-DiR和APPEVs-DiR均可被遞送至肝臟。然而，在腦組織或肝臟組織中均未檢測到PBS-DiR，這表明未與細胞外囊泡結合的游離DiR在經過尺寸排阻色譜和超速離心處理后無法被回收。此外，作者還探究了血漿細胞外囊泡進入大腦是否會破壞血腦屏障緊密連接的完整性。與對照組相比，WTEVs或APPEVs處理組中，內皮細胞的緊密連接蛋白CLDN1和連接黏附分子JAM-A的表達水平均未發生顯著改變。這些結果表明，WTEVs和APPEVs可以從血液循環穿過血腦屏障，而不會破壞其緊密連接的完整性。

圖四 APPEVs通過攜帶C1q促進小鼠中Aβ斑塊的形成

由于野生型小鼠不會形成Aβ斑塊，作者采用APP/PS1小鼠模型來評估APPEVs對Aβ斑塊形成的影響。為了研究C1q在APPEVs中于早期AD模型中的作用和機制，每周向14周齡的APP/PS1小鼠靜脈注射一次APPEVs，部分小鼠同時給予C1q抑制劑持續至小鼠20周齡。對照組則注射生理鹽水或WTEVs。對腦組織切片進行NeuN和BACE1染色分析顯示，與對照組和WTEVs組相比，APPEVs處理組神經元中BACE1的熒光表達顯著增加。C1q抑制劑有效抑制了APPEVs誘導的神經元BACE1表達升高。此外，對腦組織切片進行Aβ染色發現，與對照組和WTEVs組相比，APPEVs顯著增加了Aβ斑塊的數量和體積。而C1q抑制劑能有效抑制APPEVs引起的Aβ斑塊數量和體積的增加。為探究BACE1表達和Aβ斑塊的增加是否與神經炎癥或內源性C1q上調有關，作者提取腦組織裂解液中的總RNA進行RT-qPCR檢測。結果顯示，各處理組（包括WTEVs、APPEVs、單獨使用C1q抑制劑或APPEVs聯合C1q抑制劑）中C1qa的mRNA表達水平均無顯著變化，表明細胞外囊泡處理并未刺激腦內細胞的內源性C1q轉錄。此外，多種促炎細胞因子（包括IL-6、IL-12b、TNF-α和IFN-γ）的表達水平在各組間也未發生顯著改變，表明APPEVs未引發神經炎癥反應。這些體內實驗證明，循環中的APPEVs通過將C1q運送至大腦，誘導神經元BACE1表達上調，從而促進Aβ的生成和Aβ斑塊的形成。

總之，本研究強調了外周循環EVs在AD早期促進Aβ生成中的作用及其機制。揭示了EVs及其所含C1q在推動AD進展中的功能并將C1q確定為早期AD藥物研發的潛在治療靶點。

文章來源

https://doi.org/10.1186/s12974-025-03528-x