《Scientific Reports》：Integrated transcriptomic analysis of the temporal cortex identifies CRH and GAD2 as neuropathological markers and reveals altered immune microenvironment in Alzheimer’s disease
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本研究旨在解决阿尔茨海默病（AD）复杂病理机制中可靠神经病理标志物缺乏及脑内免疫环境不清的问题。研究人员通过整合多个颞叶皮层基因表达数据集，开展AD相关生物标志物与免疫微环境的综合研究。结果鉴定出CRH和GAD2两个关键枢纽基因作为AD的潜在标志物，并揭示了颞叶皮层中六种免疫细胞群的显著改变，为理解AD病理机制和开发新治疗策略提供了新见解。
当我们谈论大脑这个“人体总指挥部”时，衰老总是伴随着诸多困扰，而阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）无疑是其中最令人揪心的谜团之一。这种疾病以进行性记忆衰退、认知功能损害为特征，像一块橡皮擦，悄无声息地抹去患者的记忆与自我。尽管科学家们已付出巨大努力，但AD的确切病因仍不甚明了，有效的根治手段更是遥不可及。传统上，人们聚焦于淀粉样蛋白沉积和Tau蛋白缠结这两大病理特征，然而，越来越多的证据表明，大脑中的免疫系统也扮演着至关重要的角色。神经细胞与免疫细胞之间复杂而动态的对话，构成了所谓的“神经免疫相互作用”。要更清晰地描绘AD的全景图，我们急需找到能够精准反映疾病状态的神经病理标志物，同时，也必须深入探究大脑这块“禁地”内免疫微环境的真实图景——究竟有哪些免疫细胞“潜藏”其中？它们在疾病进程中又在扮演什么角色？这些问题的答案，对于洞悉AD的发病机制，乃至开发新型诊疗策略，都至关重要。
为了回答这些问题，一项发表于《Scientific Reports》的研究应运而生。研究人员没有将目光局限于单一的实验或样本，而是另辟蹊径，采取了一种“集思广益”的策略。他们从公共基因表达数据库（GEO）中整合了四个独立的颞叶皮层基因表达数据集（GSE36980, GSE37263, GSE118553, GSE122063），这大大增加了研究结果的可靠性和普适性。颞叶皮层是与记忆功能密切相关的脑区，在AD中往往首当其冲。通过运用多种生物信息学技术对数据进行分析，研究人员得以系统性地寻找AD中稳定发生改变的基因，并描绘出该脑区免疫细胞组成的精细图谱。
为开展研究，作者主要运用了以下几种关键技术方法：首先，研究者整合了来自公共基因表达数据库（GEO）的多个颞叶皮层数据集（GSE36980， GSE37263， GSE118553， GSE122063）并进行批次校正；其次，使用RobustRankAggreg（RRA）和差异表达分析方法鉴定出稳健的差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）；接着，利用基因本体（Gene Ontology, GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）数据库进行功能富集分析，并构建蛋白互作网络鉴定枢纽基因；再者，通过受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic, ROC）曲线评估枢纽基因的诊断价值；最后，运用CIBERSORT算法量化免疫细胞浸润情况，并采用Wilcoxon检验和LASSO回归识别关键免疫细胞亚群。
稳健的差异表达基因鉴定与功能富集分析
为了从多个数据集中筛选出稳定可靠的AD相关基因，研究人员采用RRA算法整合分析，最终鉴定出98个稳健的差异表达基因。这些基因在AD患者的颞叶皮层中表达模式显著不同于健康对照。进一步的功能分析揭示了这些基因主要富集在与突触传递以及神经活性配体-受体相互作用相关的通路上。这暗示了AD的病理过程与神经元间的通讯障碍有着密不可分的联系，突触功能的失调很可能是认知衰退的细胞基础。
关键枢纽基因CRH与GAD2的鉴定与验证
在差异表达基因的基础上，研究团队通过构建蛋白-蛋白相互作用网络（PPI）并进行比较交集分析，锁定了两个枢纽基因：促肾上腺皮质激素释放激素（Corticotropin-Releasing Hormone, CRH）和谷氨酸脱羧酶2（Glutamate Decarboxylase 2, GAD2）。分析显示，这两个基因在AD颞叶皮层中均显著下调。为了评估其作为疾病标志物的潜力，研究人员绘制了ROC曲线。结果显示，无论是CRH还是GAD2，其曲线下面积（AUC）均大于或等于0.7，表明它们对AD状态具有良好的区分能力。将两个基因联合构建的诊断模型则展现出更佳的性能。这表明，CRH和GAD2这两个基因可以作为AD潜在的神经病理学标志物，为疾病的诊断提供了新的分子依据。
阿尔茨海默病颞叶皮层免疫细胞浸润图谱的改变
除了神经元本身，大脑中的免疫细胞也是研究重点。研究者利用CIBERSORT算法，系统描绘了AD患者与健康对照者颞叶皮层的免疫细胞浸润图谱。通过Wilcoxon检验，他们发现了六种免疫细胞亚群的比例存在显著差异：其中，M2型巨噬细胞、活化的树突状细胞和静息态肥大细胞的数量有所增加；相反，浆细胞、调节性T细胞（Tregs）和活化的自然杀伤细胞（NK cells）则呈现下降趋势。这揭示了AD大脑中存在一个独特的免疫微环境，其中既有固有免疫（如巨噬细胞、树突状细胞、NK细胞）的参与，也有适应性免疫（如浆细胞、Tregs）成分的改变。这些变化共同构成了AD神经免疫病理的复杂图景。
枢纽基因与免疫细胞改变无直接相关性
一个有趣的发现是，尽管CRH和GAD2的表达下调以及免疫细胞组成的改变都显著发生在AD脑中，但统计分析并未发现这两个枢纽基因的表达水平与上述六种免疫细胞的变化之间存在显著的相关性。这意味着，神经元基因的表达失调与大脑免疫微环境的改变，在AD中很可能是两条并行发展或受独立调控的病理路径。
本研究通过整合分析，成功鉴定出CRH和GAD2作为阿尔茨海默病（AD）的潜在神经病理标志物，并通过ROC分析验证了其良好的诊断价值。同时，系统描绘了AD颞叶皮层免疫微环境的显著改变，揭示了固有免疫与适应性免疫成分在AD病理中的共同参与。然而，关键枢纽基因与免疫细胞改变之间缺乏直接相关性，这提示在AD的复杂病理网络中，神经元功能障碍与免疫反应失调可能是相对独立但又共同推动疾病进程的两个重要维度。这一发现不仅深化了我们对AD多因素致病机制的理解，也为未来的研究提供了新的方向——需要同时关注神经保护与免疫调节，或将两者结合作为联合治疗的新策略。总而言之，这项工作为理解AD的神经免疫相互作用开辟了新视角，其鉴定出的生物标志物和描述的免疫图谱，为后续开发基于生物标志物的诊断工具和靶向免疫微环境的治疗手段，奠定了重要的理论基础。
