La Sostituzione della Microglia Malata Salva i Neuroni in un Modello Murino della Malattia di Sandhoff

La malattia di Sandhoff è una rara ma letale malattia neurodegenerativa da accumulo lisosomiale (LSD) per la quale non esiste una cura approvata. È causata da mutazioni nel gene Hexb, che codifica la subunità β dell'enzima β-esosaminidasi, responsabile della degradazione dei gangliosidi GM2 e dei glicolipidi correlati. In assenza di questo enzima, i substrati tossici si accumulano, innescando una neuroinfiammazione progressiva e un'apoptosi neuronale di massa, che nei pazienti umani causa la morte entro i quattro anni di età e nei modelli murini entro le 18–20 settimane. Un interrogativo irrisolto da lungo tempo riguardava il motivo per cui l'alterazione di un gene espresso quasi esclusivamente nella microglia — le cellule immunitarie del cervello — conduca principalmente alla morte neuronale.

Per indagare questo paradosso, i ricercatori hanno dapprima eseguito una trascrittomica spaziale ad alta risoluzione (Nanostring CosMx, pannello da 1000 geni, ~196.500 cellule provenienti da 6 cervelli) su cervelli di topi wildtype e knockout per Hexb (Hexb-/-) a 16 settimane. Hanno confermato che l'espressione di Hexb nel sistema nervoso centrale (SNC) è specifica delle cellule mieloidi e hanno rilevato che le cellule con la maggiore perturbazione trascrizionale nella malattia di Sandhoff erano i cluster mieloidi e diversi sottotipi neuronali, con una marcata sovraregolazione dei geni correlati all'apoptosi nei neuroni. I neuroni eccitatori mostravano i punteggi cumulativi più elevati di geni differenzialmente espressi, confermando che la perdita di un enzima microgliale produce profonde conseguenze molecolari a livello neuronale.

Per spiegare meccanicisticamente questa connessione, il gruppo ha condotto esperimenti con terreno condizionato e co-colture. È stato dimostrato che la microglia secerne attivamente la proteina Hexβ enzimaticamente attiva nello spazio extracellulare, e che i neuroni captano questo enzima secreto indirizzandolo direttamente al loro compartimento lisosomiale. Il blocco del recettore del mannosio-6-fosfato (M6PR) — una via canonica per l'assorbimento degli enzimi lisosomiali — ha ridotto significativamente l'internalizzazione di Hexβ da parte dei neuroni, suggerendo l'endocitosi mediata da M6PR come meccanismo primario di captazione.

Sulla base di questa intuizione meccanicistica, gli autori hanno verificato se il ripristino dell'apporto di Hexβ al cervello, mediante la sostituzione della microglia malata, fosse in grado di correggere la malattia. È stata combinata la strategia di trapianto di midollo osseo (BMT) con busulfan e l'inibizione farmacologica di CSF1R (PLX5622) — un approccio precedentemente dimostrato in grado di ottenere una sostituzione cerebrale della microglia con cellule mieloidi derivate dal midollo osseo del donatore compresa tra il 70 e il 99%. I topi Hexb-/- trattati con BMT + CSF1Ri hanno mostrato miglioramenti notevoli: ripristino dell'espressione genica di Hexb e dell'attività enzimatica, clearance dell'accumulo di ganglioside GM2 e di substrati glicoproteici (confermata dalla spettrometria di massa), inversione delle firme geniche apoptotiche nei neuroni, normalizzazione delle dimensioni dei lisosomi neuronali e della vacuolizzazione, e miglioramento significativo delle prestazioni motorie e comportamentali rispetto ai controlli Hexb-/- non trattati. È importante sottolineare che il solo BMT (senza CSF1Ri) si è rivelato insufficiente a replicare questi benefici nel SNC, evidenziando la necessità di ottenere una sostituzione robusta della microglia piuttosto che un attecchimento parziale.

Questi risultati risolvono una questione biologica fondamentale — come la carenza di un enzima mieloide causi una malattia neuronale — e propongono la sostituzione della microglia tramite BMT + CSF1Ri come strategia terapeutica promettente per la malattia di Sandhoff e potenzialmente per altre LSD del SNC. Lo studio solleva inoltre implicazioni più ampie per la comprensione del trasferimento enzimatico dalla microglia ai neuroni come meccanismo fisiologico dell'omeostasi lisosomiale nel cervello sano.