来源 | Leo
来源 | 丁香学术
一时熬夜一时爽，一直熬夜火葬场，已成为当下年轻人中的流行语。众所周知，熬夜对人体健康有着多种危害，轻则憔悴脱发，重则伤肝猝死。与此同时，广为流传的熬夜让人变傻，也陆续有多项研究提供了相关证据。
昼夜节律参与调控人类行为和生理学等众多方面。昼夜节律紊乱，如熬夜不睡、昼夜颠倒，已被证实与多种疾病的发生有关。已有研究表明，阿尔茨海默病 （Alzheimer's Disease, AD） 与昼夜节律紊乱有关。不良的睡眠状态会导致 Aβ 蛋白增加和 tau 蛋白的积累。同时，在出现 AD 症状出现前几年，会出现睡眠障碍，这与更高的发病风险和更重的发病症状有关。然而，昼夜节律紊乱与致病蛋白累积之间的直接联系尚未得到明确的解释。
2022 年 2 月 10 日，来自美国伦斯勒理工学院 Jennifer M. Hurley 团队在 PLOS Genetics 期刊上发表了题为 ： Circadian control of heparan sulfate levels times phagocytosis of amyloid beta aggregates 的研究论文。
该研究发现，巨噬细胞对阿尔茨海默病致病蛋白 （β-淀粉样蛋白，Aβ） 的清除作用，随着昼夜节律波动。这为昼夜节律紊乱与 β-淀粉样蛋白累积之间的联系提供了证据，也为阿尔茨海默病与睡眠周期中断之间的联系作出了解释。
巨噬细胞对 Aβ42 的吞噬作用受生物钟调控
已有研究结果表明 β-淀粉样蛋白42 （Amyloid-beta 42, Aβ42） 的丰度随昼夜节律波动。小胶质细胞和巨噬细胞可以吞噬 Aβ42，其中巨噬细胞的吞噬作用受到昼夜节律调节。因此，研究者假设 Aβ42 代谢的波动可能与巨噬细胞吞噬作用的昼夜节律调节有关。
为此，研究者改进了以前采用的骨髓来源的巨噬细胞的吞噬作用测定法（因为骨髓来源的巨噬细胞是活化小胶质细胞的模型，并且在阿尔兹海默症晚期时迁移到大脑中），利用荧光标记的 Aβ42 来确定 Aβ42 的吞噬作用是否由生物钟控制。
总细胞荧光水平表明，巨噬细胞吞噬的 Aβ42 的量每天都在随昼夜节律波动。然而，当生物钟被扰乱时，巨噬细胞的节律性会迅速紊乱，清除 Aβ42 的速度也会减缓。这表明在阿尔兹海默症中，免疫系统的昼夜节律调节与 Aβ42 的代谢之间存在关系。
巨噬细胞中的蛋白多糖水平随昼夜节律波动
接下来，研究者使用 ECHO 程序来分析此前发表的小鼠巨噬细胞数据集，该数据集在两天内跟踪骨髓来源的巨噬细胞转录组和蛋白质组，以确定 Aβ42 吞噬作用振荡的机制。分析结果发现许多已知 Aβ42 吞噬作用所必需的途径在转录水平上以昼夜节律振荡，但与这些途径相关的蛋白质组没有振荡变化。
随后，研究者探索了骨髓来源的巨噬细胞蛋白质组中最丰富的两个类别，并发现了几种与蛋白多糖 （PG） 合成和维持相关的蛋白质。硫酸乙酰肝素蛋白聚糖 （HSPG） 和硫酸软骨素蛋白聚糖 （CSPG） 生物合成酶的水平随着昼夜节律波动。
Aβ42 节律性吞噬作用受 HSPGs 水平的调节
已有研究报道 Aβ42 吞噬作用和 PG 水平之间存在反向关系，以及 HSPGs 对 Aβ42 吞噬作用的抑制作用。因此，研究者假设 HSPGs 的节律性振荡可能会抑制 Aβ42 的吞噬作用。
为了验证这一假设，研究者分别纯化了肝素酶 I、II 和 III，利用其混合液剪切所有形式的 HSPGs，并添加荧光标记的 Aβ42。结果显示无论肝素酶浓度如何，添加肝素酶 I、II 和 III 都会消除 Aβ42 吞噬作用的振荡。这证实了 HSPGs 水平的昼夜振荡，节律性地抑制了巨噬细胞清除 Aβ42 的作用。
HSPGs 与 Aβ 肽结合抑制巨噬细胞对 Aβ42 的清除作用
小鼠 Aβ42 （mAβ42） 与人 Aβ42 几乎相同，只有三个氨基酸位点 （R5G、Y10F 和 H13R） 的区别。然而，这些差异都存在于已知的肝素结合区域内，影响 HSPG 和 mAβ42 之间的相互结合作用。这种差异非常重要，因为虽然小鼠自然产生 mAβ42，但不会形成 mAβ42 斑块，且小鼠不会自然发生阿尔兹海默症，这表明 HSPG 和 Aβ42 的结合可能在 AD 的发展中发挥作用。
因此，研究者使用小鼠 HiLyte 488 标记的 mAβ42 重复了吞噬作用实验。根据 ECHO 分析，mAβ42 吞噬作用没有昼夜节律振荡，这表明 HSPG 与 Aβ 肽的结合和随后导致快速聚集的构象变化，对巨噬细胞清除 Aβ42 的昼夜节律至关重要。与假设一致的是，HSPGs 抑制人类而非小鼠 Aβ42 的清除作用，表明 HSPGs 与 Aβ 肽结合，进而抑制巨噬细胞对 Aβ42 的清除。
总结
本研究揭示了一种将阿尔兹海默症与昼夜节律紊乱联系起来的分子机制，即巨噬细胞清除阿尔兹海默症致病蛋白的作用会随着昼夜节律而波动。当生物钟被扰乱时，这种节律性会被打乱，从而减缓了清除 Aβ42 的速度。这一发现进一步强调了维持昼夜节律的重要性，以及免疫细胞在 AD 疾病发生发展过程中的作用。
论文通讯作者 Jennifer M. Hurley 表示：了解昼夜节律是如何调节细胞表面的硫酸乙酰肝素水平，以控制 β-淀粉样蛋白的积聚，可能会有利于开发缓解阿尔兹海默病和其他炎症性疾病症状的新疗法。
论文链接 ：
http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id = 10.1371/journal.pgen.1009994
版权说明：如非注明，本站文章均为 文译生物-专业的生物医学科研服务专家 原创，转载请注明出处和附带本文链接。
