大多数神经退行性疾病的一个定义性病理特征是蛋白质组装成淀粉样蛋白，形成疾病特异性结构。在阿尔茨海默病中，这表现为β-淀粉样蛋白和tau蛋白的沉积，其具有疾病特异性的构象。人脑中淀粉样蛋白的原位结构尚不清楚。近期，Nature杂志上发表一篇文章，使用低温荧光显微镜定位的低温切片、低温聚焦离子束扫描电子显微镜切片和低温电子断层扫描，确定了一个死后阿尔茨海默病捐赠者大脑中β-淀粉样蛋白和tau病理的组织内结构。β-淀粉样斑块包含纤维的混合体，其中一些是分支的，还有原纤维，排列成平行阵列和类晶格结构。细胞外囊泡和立方体颗粒定义了β-淀粉样斑块的非淀粉样成分。相比之下，tau包涵体形成了平行的无分支纤维簇。对单个断层图中136条tau纤维簇的亚断层图平均化揭示了组织中成对螺旋纤维的多肽主链构象和纤维极性方向。大多数簇内的纤维彼此相似，但在簇之间却不同，显示出由亚细胞位置空间组织的淀粉样蛋白异质性。此处为人类捐赠者组织概述的原位结构方法适用于广泛的神经退行性疾病。
我们最近通过组织低温相关光学和电子显微镜（cryo-CLEM）以及组织低温切片的低温电子断层扫描（cryoET），报道了FAD小鼠模型中Aβ1–42纤维在组织内的分子结构，确定这些β-淀粉样斑块由纤维、原纤维样杆和分支淀粉样蛋白组成，并与细胞外囊泡、细胞外液滴和多层体交错在一起。该病理结构在多大程度上代表了人类阿尔茨海默病（AD）大脑中的β-淀粉样斑块尚不清楚。此外，FAD小鼠模型的β-淀粉样病并未重现AD病理的全谱，包括tau包涵体和神经退行性变。
低温电子断层扫描（cryoET）在冷冻后处理的阿尔茨海默病（AD）大脑中的原位应用。实心和空心青色箭头分别表示断层图中的x-y平面和轴向（z轴）的纤维；黄色箭头表示细胞外立方颗粒；红色箭头表示细胞外液滴；粉色箭头表示细胞外囊泡；深绿色箭头表示亚细胞区室；浅绿色箭头表示破裂的质膜区室；白色箭头表示刀损伤。β-淀粉样斑块与各种膜结合的亚细胞区室以及相关的大分子成分交错在一起。这些包括大量的细胞外囊泡、细胞外液滴、70–200纳米的立方颗粒和膜片段。β-淀粉样斑块的特征是由淀粉样纤维形成的类晶格结构，与非淀粉样成分交错在一起，包括细胞外囊泡和立方颗粒，这些成分在非痴呆的死后组织断层图中缺失。这些成分与最近对AD小鼠模型的低温电子断层扫描研究以及对AD大脑的塑料包埋电子显微镜研究一致。人类死后β-淀粉样斑块中的细胞外立方颗粒类似于ApoE和与前黑素小体蛋白相关的腔内囊泡的立方液滴样结构，这些蛋白质是视网膜黑素体淀粉样结构所必需的。我们认为这些非淀粉样成分是AD病理的一部分，可能与β-淀粉样蛋白的生成相关，或者是对淀粉样蛋白的细胞反应。断层扫描体积的细胞内和细胞外区域的边界通过有髓轴突的存在或脂双层包裹的细胞内细胞器来确定，并使用相应的用于低温CLEM的电子显微照片。识别的成分包括：细胞外囊泡定义为位于细胞外空间的封闭膜；C形囊泡定义为囊泡腔内杯状膜；多层体定义为40–250纳米囊泡或亚细胞区室，包裹在三层或更多同心环的4.5–6纳米膜脂双层中；细胞外液滴，30–250纳米无定形和光滑的球形液滴，位于细胞外位置；细胞外立方颗粒，27–200纳米直径的颗粒，位于细胞外位置（这些颗粒包含分层密度更高的条纹层：2.5–2.8纳米间隔）；囊泡定义为封闭的球形膜；等等。
MX04标记的死后阿尔茨海默病（AD）大脑的低温相关光学和电子显微镜（cryo-CLEM）以及低温电子断层扫描（cryoET）。棕色箭头表示有髓轴突。深绿色箭头表示亚细胞区室。蓝色箭头表示细胞内膜结合细胞器。黄色箭头表示细胞外立方颗粒。粉色箭头表示细胞外囊泡。白色箭头表示刀损伤。参考文献：Gilbert MAG, Fatima N, Jenkins J, O'Sullivan TJ, Schertel A, Halfon Y, Wilkinson M, Morrema THJ, Geibel M, Read RJ, Ranson NA, Radford SE, Hoozemans JJM, Frank RAW. CryoET of β-amyloid and tau within postmortem Alzheimer's disease brain. Nature. 2024 Jul;631(8022):913-919. doi: 10.1038/s41586-024-07680-x. Epub 2024 Jul 10. PMID: 38987603; PMCID: PMC11269202.
