アルツハイマー病におけるプラークとミクログリアの糖鎖修飾の異なるパターン
アルツハイマー病におけるプラークとミクログリアの特異な糖鎖修飾パターン
研究背景
アルツハイマー病（AD）は最も一般的な認知症の一種で、破壊的な神経変性疾患である。ADの特徴には、細胞外のβアミロイド（Aβ）プラークと細胞内のリン酸化Tau神経原線維変化（NFT）包涵体の2つの病理的特徴が含まれる。ADの病理において、ミクログリアの異常も重要な特徴である。通常、ミクログリアはシナプスを剪定し、脳の恒常性を監視し、細胞の残骸を除去する。しかし、ADではミクログリアが病理的な凝集物に反応し、貪食作用およびサイトカインの分泌を変化させ、これらが神経病理に対して有害または有益な影響を与える可能性がある。
研究目的
本研究の目的は、新しい組織学的技術を用いて、死亡後にADと診断された患者の脳組織中のO-およびN-結合シアル酸（SA）修飾の糖鎖景観を記述することである。シアル酸修飾糖鎖（シアル化糖鎖）は、細胞間相互作用、細胞移動、細胞接着、免疫調整、膜の興奮性に重要な役割を果たす。先行研究では、ADにおけるシアル化の変化が発見されているが、従来の手法の空間分解能が限られていたため、これらのシアル酸修飾がどの細胞や凝集体に関連する糖鎖に存在するかについてはほとんどわかっていない。
研究チーム
本研究の著者は、Caitlyn Fastenau、Madison Bunce、Mallory Keating、Jessica Wickline、Sarah C. Hopp、Kevin F. Bieniekであり、彼らはテキサス大学健康科学センターサンアントニオ校の薬理学科、グレン・ビッグス・アルツハイマー病および神経変性疾患研究所、およびテキサス大学健康科学センターサンアントニオ校の病理学および検査医学科に所属する。この記事は2024年、《Brain Pathology》誌に掲載される予定である。
研究手法
人脳組織の収集と処理
サンアントニオのテキサス大学健康科学センターのグレン・ビッグス研究所で検死された10例の脳を研究に使用した。これらの症例はADとして死後に診断されており、高度AD病理変化（n=7）、中等度AD病理変化（n=1）、低度AD病理変化（n=2）に分類される。全ての患者は生前にADの兆候を示していた。
左側半球は10%中性緩衝ホルマリンで少なくとも1ヶ月固定され、その後、冠状切片処理が実施され、28時間かけてパラフィン包埋された。切片には中前頭回、海馬、小脳の標本が含まれ、切片の厚さは5μmであった。その後、連続切片と組織学染色が行われた。
免疫組織化学と特定明視野染色
Aβプラーク、ミクログリア、リン酸化Tauタンパク、及びシアル酸修飾の可視化のための一連の組織学および免疫組織化学染色が行われた。これらの染色には、α-2,6 N-シアル酸およびO-シアル酸を特定するための二重染色クロモゲニック染色が含まれる。
特定の手順には、組織切片の脱パラフィン、煮沸抗原修復、一次抗体と対応する二次抗体の反応、クロモゲン発色、およびナイロブルー染色とカバーガラス処理が含まれる。定量デジタル病理技術を使用して、異なる脳領域におけるシアル化糖鎖の数と分布を評価した。
データ分析
Leica Aperio AT2スライドスキャナーを使用して明視野免疫組織化学イメージを取得し、Aperio ImageScopeソフトウェアを使用して処理した。これらの画像を正対照組織と比較し、色彩反転アルゴリズムを検証した。定量病理学分析では、興味のある領域（ROI）が全ての5つの切片で同じ位置に配置されるように順次切片を整列させた。ROIは中前頭回、海馬CA1、小脳分子層に配置された。ROIがAβプラークの位置にある場合、隣接するAβ病理がない区域（内部対照）と比較した。
蛍光二重染色
α-2,6 N-シアル酸化ミクログリアの役割をさらに理解するために、プラーク関連ミクログリアのマーカーとしてCD163を使用し、超高分解能イメージング技術を用いてさらに分析を行った。
主な結果
Aβプラークにおけるα-2,6 N-シアル酸の顕著な増加
研究により、プラーク環境内のα-2,6 N-シアル酸の平均パーセンテージ面積は非プラーク領域に比べて顕著に高いことがわかった。異なる脳領域においても顕著な差異が見られた。特に、中前頭回と海馬のプラーク領域では、α-2,6 N-シアル酸がプラークのない領域よりも顕著に高かった。
O-シアル酸に有意差なし
O-シアル酸中性および硫酸塩修飾については、一部のプラーク領域のサブタイプで増加が見られたものの、全体的な差異は顕著でなかった。これはO-シアル酸とAD病理との関連が比較的弱いことを示している。
ミクログリアのα-2,6 N-シアル酸化
追加分析により、Aβプラーク中のミクログリアの約65%が高いα-2,6 N-シアル酸化を示した。同様に、高AD病理変化症例の中でシアル酸化ミクログリアが増加し、特にプラークのある領域で顕著であった。
CoreとDiffuseプラークの糖鎖修飾パターン
コアおよび拡散プラークの形態に関する詳細な分析では、有意差は見られなかったものの、コアプラーク周辺のミクログリアのα-2,6 N-シアル酸化がプラークの緻密性に潜在的な役割を果たしている可能性が示唆された。
Tau病理におけるシアル酸化
研究はまた、リン酸化tau病理とのシアル酸化の関係を探求し、海馬CA2領域でリン酸化tau病理が高い表現を示したものの、α-2,6 N-シアル酸化の増加は顕著でなく、α-2,6 N-シアル化とリン酸化tauの間に有意な正の相関がなかったことが明らかにされた。
重要な結論と意義
全体として、本研究は新しい組織学的手法を通じて、AD脳組織中のNおよびO結合シアル酸修飾の系統的な局在および定量研究を初めて行った。研究は、ADにおけるミクログリアとその周囲病変環境においてN結合シアル酸化が顕著に増加していることを示した。この増加はAD蛋白凝集体における潜在的な治療標的の意義を持ち、α-2,6 N-シアル酸化ミクログリアがAD病理における機能性研究の新たな前景を提供するものである。
研究のハイライト
- 新しい研究方法と技術：改良された組織学的技術と定量デジタル病理学を使用し、シアル化の正確な局在を特定。
- 重要な発見：プラーク関連のミクログリアのα-2,6 N-シアロ酸が顕著に増加し、AD病理に対する重要性を示す。
- 潜在的な治療標的：研究結果はミクログリアの糖鎖修飾をターゲットとする新しい治療戦略の方向性を提供。
付加情報
研究は米国国立衛生研究所 (NIH) とテキサス州アルツハイマー病研究およびケア連盟など複数の基金の支援を受けている。すべての結果はAMP-ADアライアンスによって作成されたAGORAプラットフォーム上のデータに基づいており、ADターゲットの発見をサポートしている。このデータはDOI:10.57718/agora-adknowledgeportalで入手可能である。
著者は、サウス・テキサス・アルツハイマー病研究センターへの脳提供者とその家族に深く感謝の意を表している。記事で使用されたすべてのデータセットは補足データに含まれ、倫理委員会の審査基準に従っている。
本研究は、ADのミクログリアの応答メカニズムと糖鎖修飾に関する貴重なデータ基盤を提供し、ADの潜在的な治療標的に対するさらなる探求を促進するものである。