《Autophaghy》杂志揭示AD发病新机制-MAPT/Tau聚集与自噬

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《Autophaghy》揭示阿尔兹海默症AD发病新机制-MAPT/Tau聚集&自噬

阿尔兹海默症（Alzheimer‘s disease，AD）发病机制复杂，细胞内MAPT/Tau蛋白的异常聚集形成的神经元纤维缠结是AD典型的病理学特征。过去研究表明自噬障碍造成MAPT聚集，但MAPT聚集反过了对自噬有何影响尚不清楚。

2019年6月28日，华中科技大学同济医学院在国际权威期刊《Autophagy》（影响因子11.1）发表了题为“MAPT/Tau accumulation represses autophagy flux by disrupting IST1-regulated ESCRT-III complex formation: a vicious cycle in Alzheimer neurodegeneration”的文章。

详细阐述了MAPT/Tau聚集通过扰乱IST1调节的ESCRT-III复合物的形成而抑制自噬，而自噬障碍又加重MAPT蛋白聚集的恶性循环机制，揭示了AD发病机制的深入研究提供新的依据。

为验证MAPT对于自噬的影响，作者在HEK293细胞系瞬时或稳定过表达人全长MAPT蛋白，发现自噬标志物LC3-II和SQSTM1/P62蛋白水平升高（图1A-C，F-I），

同时作者使用了吉凯基因提供的慢病毒Lenti-RFP-LC3与AAV-MAPT共感染培养原代海马神经元，观察到MAPT聚集能够引起LC3阳性囊泡数量增加（图1D）。自噬流检测以及免疫电镜的结果亦显示MAPT蛋白聚集可诱导自噬障碍。

图1过表达人源MAPT通过自噬体聚集诱导自噬障碍

那么MAPT是通过什么机制影响自噬降解过程的呢？

作者通过mRNA芯片检测发现正向调节内涵体分选复合物ESCRT形成的基因IST1（与ESCRT-III相关的IST1因子）mRNA水平降低，并在MAPT过表达细胞系、hsMAPT转基因鼠动物模型及AD病人脑组织切片中证实了IST1蛋白水平的下降（图2）。提示IST1可能参与了ESCRT相关的自噬信号通路

图2.HsMAPT过表达引起IST1mRNA以及蛋白水平下调

接着作者推测IST1的下调可能在MAPT引起的自噬障碍中起到了一定作用，为了验证这一猜想，首先在野生型HEK293细胞、原代海马神经元和C57小鼠海马CA3区域下调IST1的表达，发现下调IST1可诱导自噬体的聚集和自噬标志物LC3-II和SQSTM1/P62蛋白水平升高（图3）；

图3.下调IST1诱导自噬体聚集

同时在稳转MAPT的HEK293细胞和hsMAPT转基因鼠上调IST1，发现上调IST1可促进自噬体和溶酶体的融合从而逆转自噬障碍（图4）。

图4.上调IST1通过促进自噬体和溶酶体的融合逆转自噬障碍

在体实验中，作者通过水迷宫实验发现过表达IST1能够逆转HsMAPT转基因鼠行为学异常（图5C&D）；而下调IST1的表达，可诱导动物学习记忆能力障碍，提示IST1在空间学习和记忆中发挥重要作用（图5G-H）。

图5.上调IST1能够改善HsMAPT转基因小鼠的认知障碍

同时通过脑片电生理fEPSC记录、树突棘密度结合Western blot分别测定可溶性和不可溶性MAPT的方法发现IST1能够可通过增强突触可塑性和促进不可溶性MAPT蛋白降解（去磷酸化）改善转基因鼠的认知障碍（图6）。

图6.IST1调节突触可塑性以及MAPT降解

作者进一步研究IST1蛋白水平降低导致自噬障碍的机制，发现IST1蛋白水平降低可导致其与CHMP2B和CHMP4B/SNF-2（ESCRT-III的两个重要组成成分）的相互结合减少，从而妨碍ESCRT-III复合物的形成，导致自噬障碍（图7）。

图7.IST1下调抑制ESCRT-III复合物形成

最后作者对MAPT聚集抑制IST1表达的机制进行了探究，利用吉凯基因提供的慢病毒Leiti-siANP32A-RFP敲低HsMAPT转基因小鼠海马神经元的ANP32A，能够显著降低AcH4K12以及IST1的表达水平，证明MAPT蛋白聚集能够使通过上调ANP32A所介导的组蛋白去乙酰化而抑制IST1的表达（图8. e,f）。