刷新认知！Tau蛋白竟会保护阿尔茨海默病患者的神经元
*仅供医学专业人士阅读参考
tau蛋白过度磷酸化导致的神经原纤维缠结是阿尔茨海默病（AD）的两大主要病理特征之一，因此神经元内过多的tau蛋白一直被认为是AD的危险因素[1]。
然而，近期由法国里尔大学的Marie-Christine Galas团队发表在《神经生理学进展》的研究挑战了这一观点[2]。
研究团队利用免疫荧光、荧光激活细胞核分选和单核测序的方法，发现AD患者大脑中的神经元在受到氧化应激损伤后，会被激活重新进入细胞周期活跃状态（正常神经元处于静止状态），而此时神经元核内会积聚更多的去磷酸化tau蛋白，将细胞限制在S期，从而阻止神经元跨过S期而发生凋亡，对神经元起到一定的保护作用。
这一结果表明tau蛋白并不一定是杀手，在某些时候甚至可能扮演者保护者的角色，使我们对tau蛋白在AD病理变化中的复杂作用有了更深入的认识。
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从理论上来说，成熟的神经元是一种处于静止状态（G0期）的细胞，但科学家发现其在各种应激情况下，也会重新进入G1期（DNA合成前期），到G1/S期（S期为DAN合成期）后，细胞要么进行再分化，要么继续往下进入S期，但我们知道成熟神经元在体内是不可分裂的，所以这些细胞最终的命运难逃一死。
目前，多种证据表明氧化应激、tau蛋白病理改变和神经元细胞周期重新激活与AD存在关联，一种理论认为氧化应激诱导的神经元细胞周期再激活是tau蛋白过度磷酸化的上游触发因素[3]，但这些因素的因果关系仍不明确。
为了探究神经元细胞周期再激活与AD中不同形式的tau蛋白之间的联系，研究人员对AD患者 (Braak病理VI期) 和非痴呆对照人群的皮质切片进行了染色，发现在神经原纤维缠结样病变区域的细胞中，神经元细胞内磷酸化tau蛋白与Ki67表达（细胞周期激活状态标志）之间存在正相关性，但在一些没发生神经原纤维缠结样病变的细胞中，却是细胞核内去磷酸化tau蛋白越多，Ki67表达越强。
同时，与对照组大脑相比，AD组神经元中核内Ki67和Tau1（去磷酸化tau蛋白）表达均显著增加。而总体来看，在AD组大脑中，与Ki67-神经元相比，Ki67+神经元中的Tau1表达也显著增加。
AD大脑内存在一群特异性进入细胞周期活跃状态的神经元亚群，并以细胞核中的tau蛋白处于去磷酸化状态为特征
这些结果共同表明AD大脑内存在一群特异性进入细胞周期活跃状态的神经元亚群，其细胞核中的tau蛋白处于去磷酸化状态（以下称为ntau+周期活跃神经元）。
有意思的是，研究人员发现这些ntau+周期活跃神经元往往存在于淀粉样斑块附近，基本都处于距淀粉样斑块100 μm范围以内，表明淀粉样斑块或可能在引起神经元细胞周期再激活中发挥一定作用。
接下来研究人员探究了这些Ki67阳性的细胞到底处于细胞周期（G1、S、G2 和M期）的哪一个阶段。
通过各细胞周期阶段特异性蛋白染色分析，研究人员发现这些细胞大多处在G1期和S 期，极少量细胞处于G2期，没有细胞进入M期（有丝分裂期）。这表明这些ntau+周期活跃神经元被阻滞在了S期。
ntau+周期活跃神经元被阻滞在了S期
由于S期已开始合成DNA，研究人员通过荧光激活细胞核分选技术和单核测序技术进一步分析了核内tau蛋白、增加的DNA含量和细胞周期状态之间的关系。
结果显示，在AD患者大脑中，1.9-10.7%的神经元具有增加的DNA含量，而对照组大脑则为1.2-2.3%（P < 0.01）。同时，增加的DNA含量并未达到原有的两倍，这表明大多数DNA 含量增加的神经元的基因组复制不完整，这些神经元很可能已发现自己被阻滞在S期。
大多数DNA 含量增加的神经元的基因组复制不完整
此外，AD患者大脑中检测出DNA含量增加的神经元细胞核中几乎都可以检测到tau表达，但从对照组大脑中检测出DNA含量增加的神经元细胞核中则未检测到tau表达。
这些结果再次证实了核内去磷酸化tau蛋白在DNA含量增加的神经元亚群中的聚集，仅发生在AD患者大脑中，且这些神经元被阻滞在S期。
那AD患者中神经元为何会出现这种ntau+周期活跃神经元呢？
通过进一步实验，研究人员发现ntau+周期活跃神经元处的DNA氧化性损伤水平较高，且DNA氧化性损伤水平越高，核内Tau1表达越强，表明DNA氧化性损伤与核内tau蛋白含量变化之间存在关联，可能是触发神经元重新进入细胞周期的原因。
为了证实这一点，研究人员通过不同氧化强度的药物对培养的神经元进行氧化应激处理，发现氧化应激确实可以使神经元重新进入细胞周期，使神经元细胞核内Ki67和Tau1表达增多。
氧化应激确实可以使神经元重新进入细胞周期，核内Ki67和Tau1表达增多
更为重要的是，这些重新进入细胞周期的神经元并未发生凋亡，而是停滞在了S期，提示细胞周期重新激活以及核内tau增多可能是紧急应对DNA损伤反应的一种方式。
为了证实这一猜想，研究人员下调了小鼠胚胎脑内神经元tau的表达，再对其进行氧化应激处理。结果发现神经元虽然可重新进入细胞周期，但其大多处于G1期，同时细胞凋亡大大增加，表明细胞核内tau蛋白对氧化应激诱导神经元再进入G1期没有影响，但可控制神经元细胞周期进展到S期并就此停滞，从而“悬崖勒马”。
细胞核内增多的tau蛋白可使氧化应激下重新进入细胞周期的神经元逃过凋亡
总的来说，本研究证实了AD患者脑内存在一种特殊的神经元亚群，这类神经元受到氧化应激而重新进入细胞周期，但本该凋亡的它们启动了紧急自救程序，即细胞核内去磷酸化tau蛋白增加，使细胞停滞在S期，从而维持存活。
理论示意图
这一研究展示了tau蛋白在AD中的作用远比我们想象的要复杂，但也为AD的治疗提供了新的视角。
参考文献
1. Naseri NN, Wang H, Guo J, Sharma M, Luo W: The complexity of tau in Alzheimer's disease. Neurosci Lett 2019, 705:183-194.
2. Denechaud M, Geurs S, Comptdaer T, Begard S, Garcia-Nunez A, Pechereau LA, Bouillet T, Vermeiren Y, De Deyn PP, Perbet R et al: Tau promotes oxidative stress-associated cycling neurons in S phase as a pro-survival mechanism: possible implication for Alzheimer's disease. Prog Neurobiol 2022:102386.
3. Huang F, Wang M, Liu R, Wang JZ, Schadt E, Haroutunian V, Katsel P, Zhang B, Wang X: CDT2-controlled cell cycle reentry regulates the pathogenesis of Alzheimer's disease. Alzheimers Dement 2019, 15(2):217-231.
本文作者丨朱俊豪
责任编辑丨代丝雨