基于自动图像分析揭示阿尔茨海默病APPNL-F/NL-F小鼠模型视网膜小胶质细胞的早期进行性变化

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Early and progressive retinal microglial changes in APPNL-F/NL-F mouse model of Alzheimer’s disease revealed by an automated image analysis software

本研究通过自主研发的自动图像分析软件MorphoSomas，首次系统描绘了APPNL-F/NL-F阿尔茨海默病（AD）模型小鼠视网膜小胶质细胞从6至20月龄的形态动力学变化。研究发现转基因小鼠呈现早期（6月龄）激活特征——细胞数量增加、胞体肥大，伴随后期（20月龄）树突复杂性降低和骨架化面积减少，呈现双相性激活模式。该工作证实视网膜神经炎症与脑病理平行演进，为AD早期诊断提供了新型无创生物标志物研究平台。

　　

引言

阿尔茨海默病（AD）以β-淀粉样蛋白（Aβ）和tau蛋白异常聚集为特征，引发神经炎症及神经元丢失。视网膜作为中枢神经系统延伸，可反映AD病理进程。小胶质细胞激活是神经炎症的核心环节，其形态变化可作为量化指标。本研究采用APPNL-F/NL-F knock-in AD模型小鼠（n=36）与野生型（WT）C57BL/6J对照组（n=36），通过免疫组化标记Iba-1⁺小胶质细胞，利用自动分析系统MorphoSomas定量评估6、9、12、15、17、20月龄小鼠视网膜外段（OS）、外丛状层（OPL）、内丛状层（IPL）及神经纤维层/节细胞层（NFL/GCL）的细胞密度、胞体面积、骨架化面积等参数。

方法

实验采用雄性APPNL-F/NL-F小鼠（瑞典突变KM670/671NL与贝勒伊比利亚突变I716F），通过全视网膜铺片进行Iba-1免疫荧光染色。图像采集覆盖四个象限及三个离心区域（每视网膜12个视野，总面积0.1502 mm²）。MorphoSomas软件新增Feret直径比（FDR）和荧光强度分析功能，统计学处理采用单因素方差分析与曼-惠特尼U检验。

结果

WT小鼠年龄相关性变化

WT小鼠小胶质细胞形态随年龄增长保持相对稳定，仅15月龄后出现轻微树突复杂性改变。细胞数量在所有视网膜层均呈渐进性增加，OPL层胞体面积在12月龄达峰值，IPL层在15月龄最大。骨架化面积在15-17月龄出现短暂升高，20月龄时显著降低，提示存在激活与功能失调的过渡状态。

APPNL-F/NL-F模型时序性分析

转基因小鼠呈现早发性激活：OS层细胞密度从6月龄持续上升至20月龄；OPL与IPL层细胞数量在12-17月龄显著增加，20月龄回落。胞体面积在OPL层呈现双相变化（6-9月龄增大，12月龄减小，15-20月龄再度增大）。树突arborization面积在OPL与IPL层均于15月龄出现短暂扩张，17月龄后急剧减少。FDR分析显示12月龄前细胞形态趋圆，15月龄后伸长化加剧。Iba-1荧光强度在早期（6-12月龄）升高，20月龄时显著降低，提示晚期功能耗竭。

WT与APPNL-F/NL-F比较研究

转基因小鼠在6、12、15月龄OS层细胞密度显著高于WT，而OPL层在6、9、15、20月龄反低于WT。胞体面积在除12月龄外的所有时间点均大于WT。Arborization面积在9、12、17月龄显著缩减，但15月龄出现反常升高。FDR在12月龄OPL层及6、12、17月龄IPL层存在组间差异。荧光强度在早期（6-12月龄）高于WT，20月龄时降低18.57%（OPL）和19.98%（IPL）。

讨论

APPNL-F/NL-F小鼠视网膜小胶质细胞呈现双相激活模式：早期（6月龄）表现为细胞增殖与胞体肥大，对应Aβ₄₂皮层沉积启动期；中期（12-15月龄）树突复杂性短暂恢复可能为代偿反应；晚期（17-20月龄）骨架化减少与荧光强度下降提示功能失调。IPL层较OPL层更早出现病理改变，与AD患者视网膜中Aβ和p-tau沉积模式一致。自动形态分析系统有效提升了定量研究的可重复性，证实视网膜小胶质细胞动力学可作为AD病理进程的敏感指标。

结论

视网膜小胶质细胞在AD模型中呈现早发性、进行性形态改变，其激活时序与脑部病理平行。自动图像分析技术为无创性AD生物标志物开发提供了可靠工具。