阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一种常见的进行性神经退行性疾病，其发病率随年龄增长逐渐上升。AD是导致痴呆的主要原因，并正迅速成为本世纪最昂贵、最致命和负担最重的疾病之一^[1]，已成为威胁人类，尤其是老年人健康的一个主要病症。AD的特征是神经元的丢失和错误折叠蛋白的积累^[2]，淀粉样蛋白-β寡聚体的形成可能导致AD发病，触发tau神经纤维缠结和氧化应激的级联反应^[3]。尽管有大量关于错误折叠蛋白形成的机制，但AD细胞层面功能异常的核心机制，目前还不清楚。

体细胞突变发生在健康的人类组织中，包括有丝分裂后的神经元在衰老过程中累积突变，被称为基因组衰老（genosenium）。对体细胞突变特征的分析可以确定致病因素，比如阳光下紫外线照射导致的癌症，烟草相关的多环芳烃在肺癌中的作用等。在人类神经元中，突变特征分析显示，体细胞单核苷酸变异（somatic single-nucleotide variants, sSNVs）由多种诱因引起，如DNA核苷酸氧化^[4]。AD患者氧化应激增加、核苷酸受损，但这些受损的核苷酸在多大程度上能被DNA修复过程消除，以及是否会导致持久的DNA突变，对基因组结构或转录产生永久性影响，目前尚不清楚。

2022年4月20日，波士顿儿童医院Michael A. Lodato课题组、Eunjung Alice Lee课题组和Christopher A. Walsh课题组合作在Nature杂志发表提为“Somatic genomic changes in single Alzheimer’s disease neurons”的研究成果，分析来自AD患者和正常对照组319个神经元的单细胞全基因组测序（scWGS）数据，比较了与AD相关的体细胞突变的数量、基因组位置和种类。

研究人员首先分别从受AD疾病影响最关键的两个脑区——海马和前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC），分离出锥体神经元，进行单细胞全基因组测序（single-cell whole-genome sequencing, scWGS）。作者发现，与对照个体相比，AD患者的海马CA1和PFC明显sSNVs累积增加。作者观察到8例AD患者中有7例的sSNVs显著增加，AD患者中sSNV计数最高的几个基因组来自于海马。该结果表明，AD患者的神经元包含了数百个额外的sSNVs，已经远超出自然衰老过程的累积，AD疾病过程产生的基因组损伤水平，相当于超过十年正常的sSNVs累积。

图1. 单细胞全基因组测序（scWGS）实验流程图^[5]

作者进一步检测单个神经元核苷酸氧化损伤程度，免疫荧光结果显示，AD患者神经元的细胞氧化状态和DNA损伤的生物标志物——8-氧鸟嘌呤（8-oxoguanine, 8-oxoG），显著高于正常对照组，表明AD患者神经元氧化损伤。结合突变特征分析，说明AD患者神经元活性氧增加、DNA氧化损伤可能是sSNVs过量累积的原因。GO分析也发现，AD患者中参与神经元功能的基因富含sSNVs。

体细胞突变或单链损伤可通过多种机制导致神经元功能障碍或缺失，包括转录直接损伤、蛋白质稳定性的改变，或新抗原的产生。在蛋白编码基因中，AD神经元比对照组具有更多的非同义突变，可能损害敏感基因，或产生新抗原，从而引发T淋巴细胞活化、免疫攻击和随后的细胞损伤，进而引起神经元功能障碍。并且，随着体细胞突变的累积，同一基因中外显子突变导致神经元功能失调的可能性呈指数增长。此外，DNA修复中的多重缺陷会导致神经元功能障碍和退化，这一发现也强调了基因组损伤的显著影响。

总之，研究人员发现AD患者脑内兴奋性神经元积累的基因组损伤，包括单链DNA损伤和双链突变，其水平远超过衰老本身造成的影响。该研究阐明AD患者体细胞单核苷酸变异的特征，未来将进一步揭示DNA损伤和突变，以及其他类型的体细胞改变，如结构变异、逆转录等，对AD的影响，为AD发病机制研究和早期干预提供了新线索和新思路。

图2. 体细胞突变对AD发病的作用模型图^[5]