综述：tau蛋白病的实验建模：一组同基因的人源化MAPT敲入小鼠

《Neuroscience Research》：Experimental Modeling for Tauopathies: An Isogenic Panel of Humanized MAPT Knock-in Mice

tau蛋白相关神经退行性疾病，MAPT基因敲入小鼠模型，生理性表达，突变组合效应，神经炎症，药物筛选，阿尔茨海默病，种子介导的病理传播，tau异构体平衡，神经变性机制

　　### 解读：人类化 MAPT 敲入小鼠模型在研究 tau 病变中的应用与意义

tau 蛋白异常积累是多种神经退行性疾病的核心病理特征之一，这类疾病统称为 tauopathy（tau 蛋白病）。这些疾病包括阿尔茨海默病（AD）、皮克病（Pick’s disease）、进行性核上性麻痹（PSP）、皮质基底节变性（CBD）、银发颗粒病（AGD）以及以 tau 病理为特征的额颞叶痴呆（FTLD-Tau）。tau 蛋白在正常情况下是维持神经元微管结构稳定的重要成分，但在某些病理条件下，其异常磷酸化、构象改变和聚集会导致神经元损伤、突触功能障碍和脑萎缩，最终引发一系列临床症状，如认知障碍、运动功能下降、情绪异常等。

在过去的几十年中，科学家们为了研究 tauopathy 的发病机制和开发相关治疗策略，构建了多种实验动物模型。传统的模型通常依赖于过表达人类 tau 蛋白并引入特定的致病突变，例如 P301S、P301L 或 A152T 等。然而，这些模型存在一定的局限性。首先，过表达策略可能导致 tau 蛋白的水平远高于人体自然表达，从而引入非生理性的干扰因素。其次，由于基因插入的位置和拷贝数可能不一致，不同模型之间的可比性较差。此外，一些模型中 tau 蛋白的表达受到外源性启动子的调控，这可能影响其在不同脑区的表达模式和功能特性，进而影响疾病表型的再现性。

为了解决这些问题，研究人员开发了一种更为生理化的模型——人类化 MAPT 敲入小鼠。这种模型通过同源重组的方式，将小鼠体内的 Mapt 基因替换为与人类 tau 蛋白表达模式相似的人类 MAPT 基因。这意味着 tau 蛋白的表达不仅在水平上更接近人体，而且在时间和空间上的调控也更加精确。这种表达方式能够更真实地反映 tauopathy 在人类大脑中的发展过程，为研究疾病机制和药物筛选提供了更为可靠的平台。

在这些敲入模型中，研究人员引入了多种致病突变，包括 P301L、P301S、Int10+3（内含子 10+3 的 G>A 突变）、S305N、S320F 和 S320Y 等。每种突变都可能影响 tau 蛋白的结构、功能以及与其他蛋白的相互作用，从而导致不同的病理表型。例如，Int10+3 突变会干扰 tau 前体 mRNA 的剪接过程，使得 exon 10 的包含率增加，从而提高 4R-tau 的表达水平。而 S305N 突变则可能通过影响 tau 蛋白的稳定性，进一步促进 4R-tau 的积累。S320F 突变则被认为可以加速 tau 蛋白的聚集过程，尤其是在与 P301S 突变共存的情况下。

通过这些敲入模型，研究人员发现，某些突变组合能够显著改变 tau 的病理特征。例如，P301S、Int10+3 和 S320F 三重突变的小鼠表现出更严重的 tau 聚集和病理特征，其 tau 聚集主要发生在海马体、杏仁核和下丘脑等区域。这与人类 tauopathy 中的某些病变模式相似，表明这些模型能够更准确地模拟疾病的发展过程。此外，研究人员还观察到，这些模型中 tau 蛋白的磷酸化程度较高，尤其是在 15 个月龄时，tau 的异常磷酸化主要集中在海马体 CA2、CA3 和齿状回等区域。这些发现提示，tau 的磷酸化可能在疾病早期就发挥关键作用，甚至在尚未形成纤维化结构之前，就可能导致神经元的毒性效应。

值得注意的是，敲入模型中 tau 蛋白的表达水平和空间分布更接近人类的自然状态，因此它们在研究 tauopathy 时具有更高的生理相关性。例如，研究发现，这些模型中的小鼠在 12 个月龄时仍然保持正常的认知和运动功能，且对年龄相关的运动障碍表现出一定的抵抗力。这一特性使得它们能够更长时间地用于研究疾病的发展过程，为探索早期干预策略提供了可能性。此外，研究人员还发现，这些模型中的微胶质细胞在面对 tau 聚集时表现出不同的反应模式，有些小鼠的微胶质细胞处于稳态，而另一些则表现出明显的激活状态。这种差异提示，tauopathy 与神经炎症之间的关系可能受到多种因素的影响，包括突变类型、tau 蛋白的表达水平以及疾病发展阶段。

除了 tau 蛋白的表达和聚集，研究人员还关注了 tauopathy 与其他病理过程的相互作用。例如，在与阿尔茨海默病相关基因（如 APP）敲入模型交叉培养后，tauopathy 模型表现出更显著的病理变化。这表明，tau 蛋白的异常积累可能与 β-淀粉样蛋白（Aβ）的沉积存在协同效应，两者共同作用可能加速神经退行性病变的发展。此外，一些研究还发现，tau 蛋白的异常聚集可以诱导微胶质细胞的激活，并进一步促进神经炎症和神经元损伤。这种相互作用机制为开发新的治疗策略提供了重要的理论依据。

为了进一步验证这些模型的生理相关性，研究人员还进行了多种行为学测试，包括 Y-maze、新物体定位和 Barnes maze 等。这些测试用于评估小鼠的记忆功能和认知能力。结果显示，某些 tauopathy 敲入模型的小鼠表现出与人类额颞叶痴呆（FTD）相似的行为特征，如高焦虑、缺乏动机和重复行为等。这表明，这些模型不仅能够模拟 tau 蛋白的病理变化，还能够再现与疾病相关的临床症状，从而为研究 tauopathy 的病理生理机制提供了更为全面的视角。

此外，研究还探讨了 tauopathy 模型在药物筛选中的应用价值。由于传统过表达模型中 tau 蛋白的水平较高，所需的药物剂量可能远高于生理条件下所需的剂量，这可能导致实验结果与临床实际存在偏差。相比之下，人类化 MAPT 敲入模型由于其更接近人体的 tau 表达水平，可能更适合用于评估药物的有效性。这为开发针对 tauopathy 的新型治疗药物提供了更准确的平台。

总的来说，人类化 MAPT 敲入小鼠模型在研究 tauopathy 中具有重要的应用价值。它们不仅能够更真实地模拟人类疾病的发展过程，还能够再现与疾病相关的多种病理和行为特征。这些模型的开发为理解 tauopathy 的分子机制、探索新的治疗策略以及评估药物的潜在效果提供了重要的工具。随着研究的深入，这些模型有望在未来的神经退行性疾病研究中发挥更加关键的作用。