20世纪70年代，科学家发现人体内某些细胞可以发生DNA重组和编辑，并称之为体细胞重组。人类大脑的多样性和复杂性被广泛认为是由恒定的基因组控制的，但大脑神经元之间通常有着显著的差异，它们比其他脑细胞拥有更多的DNA或不同的基因序列。既然体细胞重组可以改变DNA序列，理论上神经元也可以发生相似的改变，但相关过程尚未被研究证实。

11月22日，Nature发表了关于脑细胞基因重组的重磅研究成果。美国科学家为了寻找大脑中体细胞重组的确切证据，对阿尔茨海默病患者的大脑进行了分析。研究发现，患者神经元中含有数千种APP基因突变，是普通健康人的6倍！在这些APP基因突变中，有11个单核苷酸突变与家族性阿尔茨海默病中的已知突变相同，健康人大脑中并没有这些突变。

该研究由Sanford Burnham Prebys医学研究所的神经科学家Jerold Chun教授领导，该研究团队试图找出阿尔茨海默病患者体内的APP基因嵌合体。嵌合体是大脑中常见的一种基因突变，它与阿尔茨海默病等神经系统疾病有关。研究人员对捐献者的大脑进行了分析，其中，7位是阿尔茨海默病患者，6位是健康的老人。他们发现基因重组既存在于大脑细胞的正常过程，也发生在阿尔茨海默病的发展过程。

利用RT-PCR技术，他们从发散性阿尔茨海默病患者的前额叶皮质中发现了一组APP基因突变。其中一些是预期的剪接变体，另一些则是预料之外的变体，它们包括内含子缺失，外显子连接、插入、缺失和/或单核苷酸变异等多种变异形式。（图1）研究人员将这种APP基因突变称为基因组互补DNA（genome complementary DNAs ，gencDNAs）。

图1.鉴定来自阿尔茨海默病患者神经元的新型APP基因突变

该研究团队通过两种独立的检测方法对gencDNA进行了验证：一种是基于ACD BaseScope的DNA原位杂交方法；另一种是安捷伦的SureSelect靶向DNA检测。研究结果显示，阿尔茨海默病患者单个神经元内的gencDNA与对照组野生型基因不同，且不存在于非神经元细胞。利用PacBio的SMRT-CCS测序，研究人员从阿尔茨海默病患者的神经元细胞核中鉴定了6299个APP基因的特异序列，从对照细胞核中鉴定了1084个特异序列。大量特异序列的发现有助于解释为什么多年来该疾病的药物治疗效果有限，因为人们有可能丢失了数千种不同的有毒β淀粉样蛋白。研究还发现，来自发散性阿尔茨海默病患者神经元的11种基因突变与家族性阿尔茨海默病相关。（图2和图3）

图2. SMRT测序鉴定gencDNA。b，c：发散性阿尔茨海默病（SAD）（b; 6,299个特异阅读框）和没有SAD（c; 1,084个特异阅读框）大脑的特异阅读框的百分比

图3. d，e：APP基因的同心圆图描绘了从5个SAD患者大脑中测序得到的外显子缺失、插入和SNV等。J：在6种APP gencDNA和APP-751中鉴定出11种家族性AD相关突变。

该研究还发现，内源性逆转录酶活性是产生gencDNA以及变异RNA所必需的。据悉，该团队目前正在验证已有逆转录酶抑制剂在阿尔茨海默病小鼠模型中的有效性，并计划在未来进行临床试验。

该研究不仅有助于研究阿尔茨海默病的发展，还预示着阻断逆转录酶活性可能是一种潜在的阿尔茨海默氏病治疗方法，同时也为阿尔茨海默病患者的HIV抗逆转录病毒疗法的临床评估提供了科学依据。有专家指出，该研究具有里程碑意义，可能是多年来分子生物学领域最大的发现之一。但研究人员仍需要进行更多的研究，以了解gencDNA如何在最初的APP基因序列中发生变异的，以及分析它们的积累是阿尔茨海默病的病因还是副产物。

早在100多年前，人们就已发现了阿尔茨海默病的存在。但直到现在，我们依旧没有开发出一款有效预防或治疗这种神经退行性疾病的药物。APP基因能够编码β淀粉样蛋白的前体蛋白，β淀粉样蛋白被认为是阿尔茨海默病的病因。但那些能降低大脑β淀粉样蛋白含量的药物都没能缓解该病症，淀粉样蛋白假说也一度受到质疑，但APP基因作为该病的关键基因一直被众多科学家研究。如今，科学家们终于找到了支持β淀粉样蛋白假说的有力证据。如果该研究成果能够帮助证实β淀粉样蛋白假说，无数研究人员数十年的研究心血就没有白费，也将为众多阿尔茨海默病患者带来新的希望。

参考资料：

1. Somatic APP gene recombination in Alzheimer’s disease and normal neurons

2. Alzheimer's Disease Gene Undergoes Somatic Recombination in Neurons

3. ‘Landmark study’ shows brain cells revamp their DNA, perhaps sparking Alzheimer’s disease

4. Morphing brain DNA hints at a whole new way to treat Alzheimer’s