摘要：本研究開發(fā)出能選擇性降低軸突tau水平的反義寡核苷酸(MAPT-ASOs)。
在神經(jīng)退行性疾病研究領(lǐng)域，阿爾茨海默病(AD)的病理機(jī)制一直是科學(xué)家們攻堅(jiān)的重點(diǎn)。這種疾病最顯著的特征是大腦中異常沉積的兩種蛋白質(zhì)：細(xì)胞外形成的淀粉樣蛋白β(Aβ)斑塊，以及神經(jīng)元內(nèi)聚集的磷酸化tau蛋白形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)。有趣的是，雖然Aβ斑塊在AD患者腦中廣泛分布，但tau病理的嚴(yán)重程度與認(rèn)知功能障礙的進(jìn)展更為密切。更關(guān)鍵的是，tau的異常聚集往往最早出現(xiàn)在神經(jīng)元的軸突中，然后才擴(kuò)散到細(xì)胞體，這提示軸突可能是tau病理的起源地。
德國(guó)維爾茨堡大學(xué)醫(yī)院(University Hospital Wuerzburg)的Abdolhossein Zare和Saeede Salehi等研究人員開展了一項(xiàng)突破性研究。他們發(fā)現(xiàn)RNA結(jié)合蛋白hnRNP R能特異性結(jié)合tau編碼基因Mapt mRNA的3'非翻譯區(qū)(3'UTR)，促進(jìn)其在軸突中的定位和局部翻譯。通過(guò)構(gòu)建hnRNP R基因敲除小鼠與5xFAD AD模型小鼠雜交，研究人員觀察到這些小鼠大腦中磷酸化tau聚集和Aβ斑塊顯著減少。更令人振奮的是，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出靶向hnRNP R結(jié)合位點(diǎn)的反義寡核苷酸(MAPT-ASOs)，在體外培養(yǎng)的小鼠和人類神經(jīng)元中成功實(shí)現(xiàn)了軸突特異性tau降低，而細(xì)胞體中的tau水平保持不變。當(dāng)通過(guò)腦室注射將MAPT-ASO2遞送至5xFAD小鼠大腦后，不僅減少了tau病理，還改善了淀粉樣蛋白沉積和神經(jīng)元丟失。這項(xiàng)研究發(fā)表在《Translational Neurodegeneration》上，為AD治療提供了新思路。
圖1 減少軸突Tau蛋白可緩解阿爾茨海默病小鼠模型中的Tau蛋白和淀粉樣蛋白病理
研究采用了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：通過(guò)微流控室培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元軸突與胞體區(qū)室分離；利用RNA免疫共沉淀驗(yàn)證hnRNP R與Mapt mRNA的相互作用；采用ViewRNA熒光原位雜交(FISH)和嘌呤霉素標(biāo)記-鄰近連接實(shí)驗(yàn)(Puro-PLA)分別檢測(cè)軸突Mapt mRNA定位和局部tau翻譯；設(shè)計(jì)2'-O-甲基修飾的全硫代磷酸反義寡核苷酸(MAPT-ASOs)阻斷hnRNP R結(jié)合；對(duì)5xFAD小鼠進(jìn)行腦室注射給藥后，通過(guò)質(zhì)譜分析全腦蛋白質(zhì)組變化。
研究結(jié)果部分：
hnRNP R調(diào)控軸突tau水平
通過(guò)iCLIP技術(shù)發(fā)現(xiàn)hnRNP R結(jié)合Mapt mRNA的3'UTR區(qū)域。在hnRNP R敲除小鼠的原代運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中，軸突而非胞體的Mapt mRNA和tau蛋白水平顯著降低。
hnRNP R缺失減輕AD病理
5xFAD/hnRNP R-/-小鼠的海馬和皮層中，磷酸化tau(AT180+/AT8+)和Thioflavin S陽(yáng)性結(jié)構(gòu)減少40-60%，Aβ斑塊和活化小膠質(zhì)細(xì)胞(Iba1+)數(shù)量也顯著下降，筑巢行為得到改善。
MAPT-ASOs實(shí)現(xiàn)軸突特異性tau降低
設(shè)計(jì)的MAPT-ASO2能特異性減少軸突Mapt mRNA和tau蛋白，而不影響胞體tau水平或微管蛋白分布。在人類iPSC衍生運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中也驗(yàn)證了該效果。
圖2 hnRNP R 調(diào)控軸突內(nèi) Mapt 水平及局部 tau 蛋白合成
MAPT-ASO2治療改善AD表型
腦室注射MAPT-ASO2的5xFAD小鼠顯示：海馬體積增加15%，CA1區(qū)NeuN+神經(jīng)元數(shù)量增多；皮層和海馬中總tau和磷酸化tau(AT8/AT180)減少30-50%；Aβ斑塊負(fù)荷降低40%；蛋白質(zhì)組分析發(fā)現(xiàn)RNA結(jié)合蛋白Ybx1等tau相互作用蛋白水平回升。
這項(xiàng)研究的重要意義在于首次證明選擇性降低軸突tau足以改善AD相關(guān)的tau和淀粉樣蛋白病理。與目前臨床開發(fā)的全局性tau降低策略相比，這種靶向軸突的干預(yù)方式更能保留tau在神經(jīng)元胞體中的生理功能，如DNA損傷保護(hù)等。研究發(fā)現(xiàn)hnRNP R-Mapt mRNA相互作用的關(guān)鍵調(diào)控區(qū)域，為開發(fā)更精準(zhǔn)的ASO療法奠定了基礎(chǔ)。此外，研究揭示的軸突tau與Aβ病理間的相互作用機(jī)制，也為理解AD發(fā)病機(jī)制提供了新視角。這些發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)AD治療具有重要價(jià)值，也為其他tau蛋白病如額顳葉癡呆等的治療策略開發(fā)提供了參考。
參考資料
[1] Axonal tau reduction ameliorates tau and amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease
摘要：本研究開發(fā)出能選擇性降低軸突tau水平的反義寡核苷酸(MAPT-ASOs)。
在神經(jīng)退行性疾病研究領(lǐng)域，阿爾茨海默病(AD)的病理機(jī)制一直是科學(xué)家們攻堅(jiān)的重點(diǎn)。這種疾病最顯著的特征是大腦中異常沉積的兩種蛋白質(zhì)：細(xì)胞外形成的淀粉樣蛋白β(Aβ)斑塊，以及神經(jīng)元內(nèi)聚集的磷酸化tau蛋白形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)。有趣的是，雖然Aβ斑塊在AD患者腦中廣泛分布，但tau病理的嚴(yán)重程度與認(rèn)知功能障礙的進(jìn)展更為密切。更關(guān)鍵的是，tau的異常聚集往往最早出現(xiàn)在神經(jīng)元的軸突中，然后才擴(kuò)散到細(xì)胞體，這提示軸突可能是tau病理的起源地。
德國(guó)維爾茨堡大學(xué)醫(yī)院(University Hospital Wuerzburg)的Abdolhossein Zare和Saeede Salehi等研究人員開展了一項(xiàng)突破性研究。他們發(fā)現(xiàn)RNA結(jié)合蛋白hnRNP R能特異性結(jié)合tau編碼基因Mapt mRNA的3'非翻譯區(qū)(3'UTR)，促進(jìn)其在軸突中的定位和局部翻譯。通過(guò)構(gòu)建hnRNP R基因敲除小鼠與5xFAD AD模型小鼠雜交，研究人員觀察到這些小鼠大腦中磷酸化tau聚集和Aβ斑塊顯著減少。更令人振奮的是，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出靶向hnRNP R結(jié)合位點(diǎn)的反義寡核苷酸(MAPT-ASOs)，在體外培養(yǎng)的小鼠和人類神經(jīng)元中成功實(shí)現(xiàn)了軸突特異性tau降低，而細(xì)胞體中的tau水平保持不變。當(dāng)通過(guò)腦室注射將MAPT-ASO2遞送至5xFAD小鼠大腦后，不僅減少了tau病理，還改善了淀粉樣蛋白沉積和神經(jīng)元丟失。這項(xiàng)研究發(fā)表在《Translational Neurodegeneration》上，為AD治療提供了新思路。
圖1 減少軸突Tau蛋白可緩解阿爾茨海默病小鼠模型中的Tau蛋白和淀粉樣蛋白病理
研究采用了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：通過(guò)微流控室培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元軸突與胞體區(qū)室分離；利用RNA免疫共沉淀驗(yàn)證hnRNP R與Mapt mRNA的相互作用；采用ViewRNA熒光原位雜交(FISH)和嘌呤霉素標(biāo)記-鄰近連接實(shí)驗(yàn)(Puro-PLA)分別檢測(cè)軸突Mapt mRNA定位和局部tau翻譯；設(shè)計(jì)2'-O-甲基修飾的全硫代磷酸反義寡核苷酸(MAPT-ASOs)阻斷hnRNP R結(jié)合；對(duì)5xFAD小鼠進(jìn)行腦室注射給藥后，通過(guò)質(zhì)譜分析全腦蛋白質(zhì)組變化。
研究結(jié)果部分：
hnRNP R調(diào)控軸突tau水平
通過(guò)iCLIP技術(shù)發(fā)現(xiàn)hnRNP R結(jié)合Mapt mRNA的3'UTR區(qū)域。在hnRNP R敲除小鼠的原代運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中，軸突而非胞體的Mapt mRNA和tau蛋白水平顯著降低。
hnRNP R缺失減輕AD病理
5xFAD/hnRNP R-/-小鼠的海馬和皮層中，磷酸化tau(AT180+/AT8+)和Thioflavin S陽(yáng)性結(jié)構(gòu)減少40-60%，Aβ斑塊和活化小膠質(zhì)細(xì)胞(Iba1+)數(shù)量也顯著下降，筑巢行為得到改善。
MAPT-ASOs實(shí)現(xiàn)軸突特異性tau降低
設(shè)計(jì)的MAPT-ASO2能特異性減少軸突Mapt mRNA和tau蛋白，而不影響胞體tau水平或微管蛋白分布。在人類iPSC衍生運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中也驗(yàn)證了該效果。
圖2 hnRNP R 調(diào)控軸突內(nèi) Mapt 水平及局部 tau 蛋白合成
MAPT-ASO2治療改善AD表型
腦室注射MAPT-ASO2的5xFAD小鼠顯示：海馬體積增加15%，CA1區(qū)NeuN+神經(jīng)元數(shù)量增多；皮層和海馬中總tau和磷酸化tau(AT8/AT180)減少30-50%；Aβ斑塊負(fù)荷降低40%；蛋白質(zhì)組分析發(fā)現(xiàn)RNA結(jié)合蛋白Ybx1等tau相互作用蛋白水平回升。
這項(xiàng)研究的重要意義在于首次證明選擇性降低軸突tau足以改善AD相關(guān)的tau和淀粉樣蛋白病理。與目前臨床開發(fā)的全局性tau降低策略相比，這種靶向軸突的干預(yù)方式更能保留tau在神經(jīng)元胞體中的生理功能，如DNA損傷保護(hù)等。研究發(fā)現(xiàn)hnRNP R-Mapt mRNA相互作用的關(guān)鍵調(diào)控區(qū)域，為開發(fā)更精準(zhǔn)的ASO療法奠定了基礎(chǔ)。此外，研究揭示的軸突tau與Aβ病理間的相互作用機(jī)制，也為理解AD發(fā)病機(jī)制提供了新視角。這些發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)AD治療具有重要價(jià)值，也為其他tau蛋白病如額顳葉癡呆等的治療策略開發(fā)提供了參考。
參考資料
[1] Axonal tau reduction ameliorates tau and amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease
