《Communications Medicine》：Exploration of the genetic neuroinflammatory environment in the human midcingulate cortex in Huntington’s disease
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摘要
背景 尽管相关研究已取得进展，亨廷顿病（HD）中涉及神经炎症的病理生理机制仍未明确，且该疾病中中扣带皮层的遗传环境尚未被研究。
方法 研究人员纳入14例亨廷顿病病例（女性6例，男性8例；年龄范围41–72岁），并按症状学分为情绪型、运动型及混合型，同
摘要
背景 尽管相关研究已取得进展，亨廷顿病（HD）中涉及神经炎症的病理生理机制仍未明确，且该疾病中中扣带皮层的遗传环境尚未被研究。
方法 研究人员纳入14例亨廷顿病病例（女性6例，男性8例；年龄范围41–72岁），并按症状学分为情绪型、运动型及混合型，同时纳入9例对照病例（女性3例，男性6例；年龄范围53–72岁）。采用mRNA测序对亨廷顿病中扣带皮层转录组进行检测，并以NanoString分析验证差异表达转录本。随后对这些基因开展生物信息学分析，包括基因本体（GO）富集分析、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）分析及细胞类型富集分析。
结果 研究结果显示，亨廷顿病中扣带皮层中多种神经炎症相关转录本呈过表达状态，例如与经典补体、Toll样受体（TLR）信号传导及AQP4活性相关的转录本。然而，趋化因子活性等相关过程则呈下调，提示此处正在发生一种兼具神经炎症功能获得与功能缺失的复杂组合。
结论 总之，与情绪型及混合型病例相比，神经炎症相关转录本在具有运动症状的亨廷顿病病例中过度富集。这些发现提示，中扣带皮层在运动特异性神经炎症病理生理过程中可能具有独特作用。
本文发表于《Communications Medicine》，围绕亨廷顿病（HD）中中扣带皮层（MCC）的神经炎症相关分子改变展开，重点回答该脑区是否存在特异性的炎症转录组重塑，以及这种改变是否与不同临床症状谱，尤其是运动症状有关。HD是一种由HTT基因第1外显子CAG三核苷酸重复扩增所致的常染色体显性神经变性病，其病理核心包括突变亨廷顿蛋白（mHTT）错误折叠、纹状体萎缩、皮层变薄以及进行性神经元损伤。既往研究已提示神经炎症参与HD进展，但其究竟是致损、代偿，还是两者并存，仍存在争议。尤其对于MCC这一兼具情绪调控、认知整合及运动相关投射功能的脑区，既往几乎没有关于其神经炎症遗传环境的系统研究。研究人员此前已观察到，HD的MCC中小胶质细胞并不明显增殖，却出现反应性形态转化并伴随mHTT负荷增加，因此有必要进一步从转录组层面解析该脑区炎症微环境。
本研究使用新西兰奥克兰Neurological Foundation Human Brain Bank提供的人脑尸检MCC组织，纳入14例HD和9例对照，HD病例再分为情绪型、运动型和混合型。研究人员采用全转录组mRNA测序（RNA-seq）筛选差异表达基因（DEGs），以NanoString nCounter技术对炎症相关基因进行验证，并联合基因本体（GO）富集分析、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析、表达加权细胞类型富集（EWCE）分析及NeuN免疫组织化学与无偏体视学神经元计数，对分子改变、潜在细胞来源及组织学后果进行整合评估。样本来源明确为人类尸检MCC灰质组织，并基于临床资料完成症状分型。
从总体结果看，研究人员在全部HD病例的MCC中鉴定到223个显著差异表达基因，其中119个上调、104个下调；其间37个为炎症相关基因，24个上调、13个下调。NanoString分析验证了其中绝大多数炎症相关转录改变，并额外补充识别了少数差异基因。这说明HD的MCC确实存在稳定的神经炎症相关转录异常，但这种异常并非单纯表现为经典“促炎全面激活”，而是呈现更复杂的双向失衡状态。
Inflammation-related differential gene expression in the Huntington’s disease midcingulate cortex and GO analysis
在全部HD病例中，上调的炎症相关基因主要集中于经典补体和Toll样受体（TLR）通路。TLR2、TLR7、C1QB、C3、SERPINA1、SERPINA3、SERPINA5、CD44和AQP4在RNA测序和NanoString中均显示上调，提示先天免疫识别、补体激活、水通道调节及某些炎症调控过程增强。另有C4B、C1QA、C3AR1和TLR8仅在RNA测序中表现上调，而RELA与STAT3仅在NanoString中上调。相对地，下调基因则主要涉及趋化因子系统，包括CCL4L2、CCL4、CCL8、CCL3L1和CXCL12，提示免疫细胞趋化、炎症信号募集和某些细胞因子反应过程减弱。GO分析进一步强化了这一结论：上调条目涉及炎症反应等多重功能，而显著下调条目则集中在趋化、信号通路调控以及对IL反应等生物学过程中，显示MCC炎症状态具有“部分增强、部分抑制”的复杂结构。
Protein–protein interaction analysis
PPI分析显示，全部HD病例的炎症相关差异基因可形成由26个基因、81个相互作用构成的网络，并分化为TLR、补体和趋化因子相关簇。该结果说明上述差异基因并非孤立变化，而是构成了具有生物学一致性的功能模块。补体相关网络支持经典补体级联活化，TLR相关网络提示先天免疫感知及下游炎症转录调控增强，而趋化因子网络的下调则对应免疫细胞迁移和相关信号的减弱。这种网络层面的分化，是研究人员提出MCC内存在神经炎症“功能获得”和“功能缺失”并存的重要依据。
Cell-type enrichments of Huntington’s disease gene sets in the midcingulate cortex
EWCE分析显示，全部HD病例的差异基因集中富集于4类细胞，其中包括2类活化小胶质细胞（MGL2、MGL3）、1类皮层兴奋性神经元（TEGLU17）和1类动脉血管内皮细胞（VECA）。这一结果提示，MCC中的神经炎症转录改变与小胶质细胞活化状态高度相关，同时也涉及神经元和血管相关成分。作者将其与既往观察到的小胶质细胞反应性形态改变相联系，说明MCC在HD中并非没有免疫应答，而是表现为更偏向反应性或预激状态的胶质改变。
Inflammation-related differential gene expression in Huntington’s disease mood cases
情绪型HD病例在MCC中仅检测到29个显著差异表达基因，其中18个上调、11个下调，整体改变幅度相对有限。炎症相关方面，CHI3L1、TMIGD3和SERPINA5在RNA测序与NanoString中均上调，另有ALOX5AP、SIGLEC8、C4B和IL17RB仅在RNA测序中上调。RNA测序未见显著下调炎症基因，但NanoString检测到CCL3L1和TNFSF10下调。GO分析未达到显著水平，仅有花生四烯酸代谢及IL-17受体活性相关条目接近显著。总体而言，情绪型病例虽有一定炎症相关转录改变，但未形成清晰的功能网络和显著细胞类型富集特征。
Inflammation-related differential gene expression in Huntington’s disease motor cases
运动型HD病例表现出最为显著的炎症转录组异常。在MCC中共检出193个显著差异表达基因，其中138个上调、55个下调。炎症相关基因中，有7个在RNA测序和NanoString中共同上调，EGR1在两种技术中共同下调；另有多种炎症相关基因仅在其中一种技术中显示差异。该组唯一显著上调的GO条目为“少突胶质前体细胞增殖的正调控”，与EWCE结果一致。PPI分析也显示运动型病例具有最多的蛋白相互作用，提示其炎症过程最具网络化和功能耦联特征。AQP4等基因上调进一步说明该组可能存在更突出的胶质-水稳态-炎症耦合异常。因此，运动症状相关MCC可能具有区别于情绪型和混合型病例的独特神经炎症病理特征。
Inflammation-related differential gene expression in mixed Huntington’s disease cases
混合型HD病例未出现RNA测序和NanoString共同上调的炎症相关基因。TNFSF10与CD8B2在两种技术中共同下调；另有多种趋化因子及EGR1仅在NanoString中下调，VCAM1仅在RNA测序中下调。GO分析仅显示“alpha9-beta1 integrin-vascular cell adhesion molecule-1 complex”和“TRAIL binding”两个炎症相关条目上调。整体看来，混合型病例在炎症基因表达上缺乏像运动型那样清晰且成体系的分子模式。
Stereological estimates of the MCC in control and Huntington’s disease
NeuN免疫组织化学与无偏体视学计数显示，MCC内NeuN阳性神经元总数在对照与全部HD病例之间无显著差异；在按症状亚组分析时，情绪型和运动型与对照相比同样未见显著变化。该结果非常关键，因为它表明尽管MCC存在显著的炎症相关转录改变，但并未伴随可检测的神经元总数减少。换言之，该脑区可能处于一种分子层面已发生显著失衡、但细胞层面尚未出现明显退变的状态。
讨论部分指出，本研究首次系统描绘了HD中MCC的神经炎症相关差异表达谱。研究人员认为，MCC中的炎症改变不是典型的全面促炎激活，因为经典促炎细胞因子及胶质标志物并未显著上调；相反，其特征是经典补体、TLR和AQP4等相关过程增强，而趋化因子及若干免疫募集相关功能减弱。补体上调可能与突触修剪（synaptic pruning）和神经元重塑（neuron remodeling）异常有关，TLR相关改变则可能通过NF-κB（核因子κB）等下游通路促进炎症反应准备状态。趋化因子下调则提示免疫细胞趋化、炎症调控或胶质功能可能受损。EWCE所示活化小胶质细胞富集支持MCC中存在胶质反应性改变，但缺乏经典激活标记又提示这些细胞可能处于“预激化”而非完全活化状态，这或许可以解释为什么MCC虽然存在炎症相关分子异常，却未出现显著神经元丢失。
研究还特别强调症状异质性与脑区炎症转录组之间的联系。与情绪型和混合型相比，运动型HD病例显示出更多炎症相关差异基因、更明显的PPI网络以及少突胶质细胞富集，提示MCC可能在运动症状相关病理生理中具有更特殊的作用。这一发现将MCC从传统以纹状体和运动皮层为核心的HD病理框架中进一步凸显出来，为理解症状分型背后的区域性分子机制提供了新证据。
研究结论可译为：本研究首次考察了HD中MCC的神经炎症相关差异基因表达。尽管促炎细胞因子等显性神经炎症标志物未见改变，但MCC中确有复杂的炎症相关过程并存。经典补体和TLR上调可能导致突触修剪和神经元重塑等过程出现功能异常性增强，而趋化因子下调则可能导致免疫细胞趋化等功能减弱。细胞因子生成与应答方面也可能存在代偿机制，但仍需进一步研究。运动型HD病例呈现一定特征性病理，如少突胶质细胞富集，并且是唯一显示炎症相关蛋白相互作用的症状组。这提示MCC在运动症状学中可能具有独特作用。
