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本研究通过单细胞转录组测序技术，深入探究了视网膜X受体（RXR）激动剂贝沙罗汀在APP/PS1阿尔茨海默病（AD）小鼠模型中，对不同脑细胞亚群的特异性调控作用。研究发现，贝沙罗汀可差异性地激活稳态星形胶质细胞、少突胶质细胞、内皮细胞的胆固醇代谢、神经发育、蛋白质折叠等转录程序，并在疾病相关小胶质细胞（DAM）中增强Aβ反应性特征，同时抑制稳态小胶质细胞和内皮细胞的促炎反应。尤为关键的是，该药物在多种细胞类型，特别是小胶质细胞和少突胶质细胞中，显著上调了阿尔茨海默病关键风险基因载脂蛋白E（Apoe）的表达。细胞通讯分析进一步揭示，APOE介导的信号通路是贝沙罗汀处理后增强的细胞间通讯的核心枢纽，以星形胶质细胞为中心的信号网络得到显著强化。该研究为阐明RXR靶向干预的复杂分子机制提供了单细胞层面的新见解，并支持APOE相关通路作为AD治疗的潜在靶点。
单细胞转录组学揭示贝沙罗汀激活RXR在阿尔茨海默病模型中对脑细胞的差异化调控
摘要
阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）是最主要的痴呆症病因，其特征包括β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块沉积、Tau蛋白神经原纤维缠结和神经炎症。遗传学研究证实，编码载脂蛋白E（Apolipoprotein E, APOE）的基因是晚发型AD最主要的遗传风险因素。靶向脑内核受体，特别是作为多种核受体（如肝X受体LXR、过氧化物酶体增殖物激活受体PPAR）强制性异二聚体伙伴的视网膜X受体（Retinoid X Receptors, RXR），在AD小鼠模型中显示出治疗潜力。合成RXR选择性激动剂贝沙罗汀（Bexarotene， FDA批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤）被广泛研究用于AD治疗。研究表明，它能够改善AD模型小鼠的认知功能，并促进Aβ清除，这些效应部分归因于对APOE的上调。然而，这些效应背后具体的细胞贡献尚不清楚。本研究利用单细胞转录组测序技术，旨在探究贝沙罗汀在APP/PS1 AD模型小鼠中，如何差异化地调控不同脑细胞亚群的转录程序。
1. 引言
（引言部分详细阐述了AD的病理特征、APOE的核心作用、RXR的生物学功能及其在AD治疗中的潜力、贝沙罗汀的前期研究基础，以及本研究旨在填补的空白——即在单细胞分辨率下解析贝沙罗汀引发的细胞特异性转录事件。）
2. 结果
2.1. APP/PS1小鼠脑单细胞转录组鉴定出胶质细胞、神经元和血管细胞群体
研究对5月龄APP/PS1小鼠进行连续10天的贝沙罗汀（Bexa）或对照溶剂（Ctrl）灌胃处理。对处理后的小鼠皮层进行单细胞RNA测序（scRNA-seq），经过质量控制，最终获得了来自8只小鼠（Bexa和Ctrl各4只，雌雄各半）的37,634个高质量细胞的转录组数据。通过降维和聚类分析，共鉴定出19个细胞群，并进一步注释为星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞谱系（成熟少突胶质细胞及前体/定向祖细胞）、神经元谱系、血管细胞（内皮细胞和周细胞/壁细胞）以及脑单核/巨噬细胞等主要脑细胞类型。对比发现，Bexa组和Ctrl组的细胞类型分布基本相似。
2.2. 贝沙罗汀在稳态星形胶质细胞中激活脂质生物合成和脑发育基因表达
对10,155个星形胶质细胞进行亚群分析，鉴定出三个主要亚群：稳态（Astro0）、反应性（Astro1）和增殖性（Astro2）星形胶质细胞。差异表达分析发现，绝大多数由贝沙罗汀调控的差异表达基因（DEG）集中在稳态星形胶质细胞中。在Bexa组的稳态星形胶质细胞内，有799个基因上调，113个基因下调。功能富集分析显示，上调的基因显著富集于胆固醇生物合成、脂质代谢以及脑发育相关通路。具体而言，甲羟戊酸通路中的多个关键酶编码基因（如Hmgcr、Fdps、Msmo1等）表达升高，表明胆固醇合成被激活。同时，与脂肪酸合成相关的基因（如Elovl6、Scd1、Mgll）也显著上调。此外，与神经发育密切相关的多个转录因子家族基因（如Sox2、Sox9、Hes5、Id2、Id4）表达增加，这些基因参与细胞分化、干细胞维持、Notch信号通路及昼夜节律的调节。而下调的基因则包括与AD相关星形胶质细胞表型（Clu、Cst3）、氧化应激反应（Fth1、Gstm5）等相关的基因，提示贝沙罗汀可能减轻了稳态星形胶质细胞中的神经炎症和应激相关特征。
2.3. 反应性星形胶质细胞在RXR激活下上调Apoe并抑制应激相关基因
在反应性星形胶质细胞（Astro1）中，贝沙罗汀引起的DEG较少，但其中包含关键的上调基因Apoe，以及与脂质合成相关的Acsl3。Apoe是反应性星形胶质细胞，特别是AD相关星形胶质细胞的特征基因，与Aβ反应性相关。其上调提示贝沙罗汀增强了反应性星形胶质细胞的Aβ反应性。与此同时，与应激损伤相关的基因S100b、Mt3和Gstm5在Bexa组中表达下调，表明药物也减轻了该亚群的应激反应。
2.4. 贝沙罗汀激活小胶质细胞Apoe并差异调节稳态和DAM群体的免疫反应性相关基因
对7,567个小胶质细胞进行亚群分析，鉴定出稳态小胶质细胞（Micro1-Homeo）和疾病相关小胶质细胞（DAM，包括Micro0-DAM1和Micro2-DAM2）。差异表达分析显示，贝沙罗汀对小胶质细胞的调控具有明显的亚群特异性。在DAM群体中，贝沙罗汀显著上调了Apoe和Anxa3（膜联蛋白3），并激活了与MAPK信号通路调节（Dusp6、Fcrls）和补体（C1qb）相关的基因，表明药物增强了DAM的免疫反应和Aβ反应性。而在稳态小胶质细胞中，药物则下调了促炎基因Fkbp5（FK506结合蛋白5），该基因可通过激活NF-κB促进神经炎症。此外，在DAM和稳态小胶质细胞中，脂质转运体基因Abca1和Abcg1均未上调甚至有所下调，提示贝沙罗汀诱导的Apoe上调可能不依赖于经典的ABCA1/ABCG1介导的脂质外排通路。
2.5. 少突胶质细胞在贝沙罗汀处理后显示胆固醇合成和蛋白质折叠基因表达上调
对5,898个少突胶质细胞谱系细胞的分析发现，贝沙罗汀处理导致该群体出现141个DEG，其中79个上调。上调最显著的基因同样是Apoe，另一个脂蛋白基因Apod也表达升高。功能分析表明，与星形胶质细胞类似，少突胶质细胞中的胆固醇生物合成和脂质代谢通路（如Hmgcs1、Msmo1）被激活。此外，一个突出的变化是蛋白质折叠相关基因的广泛上调，包括多个热休克蛋白（HSP）家族基因（如Hsp90ab1、Hspa5）。同时，与细胞生长、生存相关的CREB信号通路相关基因（如Crebrf、Slc38a2、Sgk1）也被激活。这些变化共同提示，贝沙罗汀可能通过增强蛋白质稳态和促进生存信号来支持少突胶质细胞的功能，这可能与髓鞘维持和修复有关。
2.6. 脑内皮细胞基因反应与蛋白质折叠和血管生成相关
对5,430个内皮细胞的分析聚焦于毛细血管/小动脉亚群（EC0）。贝沙罗汀在该群体中诱导了73个DEG。与少突胶质细胞相似，多个热休克蛋白基因（如Hspb1、Hspa8、Hsp90ab1）显著上调，表明蛋白质折叠/应激反应增强。同时，与心脏发育、血管生成相关的通路被激活，上调基因包括转录因子Hes1、Id3、Sox17、Sox18，以及葡萄糖转运体Slc2a1（GLUT1）。此外，一些促血管生成标志物（如Ccnd3、Ramp2）上调，而部分抗增殖基因（如Camk1d、Apold1）下调，总体上显示出刺激脑毛细血管/小动脉生长的趋势。在免疫调节方面，抗炎因子Tsc22d3上调，而免疫相关基因B2m、H2-K1和血管损伤标志物Vwf则下调。
2.7. APOE介导的信号传导是贝沙罗汀激活的脑细胞通讯的核心轴
综合来看，Apoe在多个细胞亚群中被贝沙罗汀特异性上调，尤其是在DAM小胶质细胞、少突胶质细胞和反应性星形胶质细胞中。基于基因表达谱的细胞通讯网络分析预测，贝沙罗汀处理增强了脑细胞间的相互作用，特别是那些以星形胶质细胞为中心的通讯。在多种被增强的信号通路中，APOE介导的信号通路是变化最显著的轴心之一。该通路的信息流在Bexa组总体增加了30%，其主要信号来源是稳态/反应性星形胶质细胞、少突胶质细胞和内皮细胞，而主要信号接收靶细胞是DAM和稳态小胶质细胞，以及反应性星形胶质细胞。此外，其他与细胞生长、免疫调控相关的信号通路（如层粘连蛋白LAMININ、神经连接蛋白NXRN、多效生长因子PTN、血管内皮生长因子VEGF、转化生长因子TGF-β等）的通讯也得到增强，且多与稳态星形胶质细胞的基因表达变化相关。
3. 讨论
本研究首次在单细胞分辨率下系统描绘了RXR激动剂贝沙罗汀在AD模型脑内引发的跨细胞转录程序。研究证实了Apoe是RXR激活的核心靶基因，其上调具有细胞类型特异性，并明确了DAM小胶质细胞、少突胶质细胞和反应性星形胶质细胞是其主要来源。增强的APOE介导的细胞通讯，特别是指向小胶质细胞的信号，为理解贝沙罗汀促进Aβ清除和免疫调节的机制提供了新视角。
研究发现，贝沙罗汀的效应呈现复杂的多面性：1）代谢方面：在稳态星形胶质细胞和少突胶质细胞中强烈激活胆固醇和脂质生物合成，这可能为脑修复提供底物和支持髓鞘功能。2）发育与修复方面：在星形胶质细胞、少突胶质细胞谱系和内皮细胞中激活Sox、Hes、Id等神经发育相关转录因子网络，促进与细胞生长、分化和血管生成相关的基因表达。3）免疫调节方面：差异性地增强DAM的Aβ反应性和免疫活性，同时抑制稳态小胶质细胞和内皮细胞的促炎特征，并上调抗炎因子TGF-β通路。4）蛋白质稳态与应激反应：在少突胶质细胞和内皮细胞中诱导热休克蛋白等蛋白折叠相关基因，可能有助于缓解内质网应激，增强细胞存活能力。
这些发现共同描绘了一幅贝沙罗汀通过激活RXR，协调性地调控代谢、发育、免疫和蛋白质稳态等多个生物学过程，从而在AD病理环境下可能发挥神经保护、促进修复和调节炎症的多重作用图景。该研究不仅阐明了已知RXR效应（如Apoe上调、认知改善）的细胞起源，也揭示了全新的细胞类型特异性反应（如内皮细胞血管生成信号、少突胶质细胞蛋白折叠反应），为未来开发靶向RXR及其伙伴受体、作用于特定细胞类型或通路的新型AD治疗策略提供了重要的机制见解和潜在靶点。
4. 结论
综上所述，本研究通过单细胞转录组学解析了贝沙罗汀激活RXR在APP/PS1 AD小鼠脑内引发的细胞特异性转录响应。研究明确了Apoe在多种脑细胞（尤其是小胶质细胞、少突胶质细胞和反应性星形胶质细胞）中的上调是RXR效应的核心事件，并揭示APOE介导的信号传导是因此增强的细胞间通讯的关键枢纽。同时，研究详细刻画了贝沙罗汀对稳态星形胶质细胞和少突胶质细胞的脂质代谢与神经发育程序、对疾病相关和稳态免疫细胞的差异化免疫调节、以及对内皮细胞血管生成和蛋白稳态通路的具体影响。这些发现从单细胞层面深化了对RXR靶向干预的复杂分子机制的理解，强调了APOE生物学在多细胞协同应对AD病理中的中心地位，并为开发能够精准调控特定细胞类型内胆固醇代谢、神经发育、细胞生长、热休克反应及免疫活性等多重过程的、基于RXR的多维度AD治疗策略开辟了新途径。
