TDP43—— 阿尔茨海默病新 “线索”，竟是 PS1 新底物并推动疾病进展

为探究 TDP43 在 AD 病理发展中的作用，吉林大学研究人员开展 TDP43 与 PS1 关系研究。结果发现 TDP43 是 PS1 新底物，其被切割后促进 APP 表达，增加 Aβ 含量。该研究为 AD 发病机制提供新视角，值得科研读者一读。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD），这个名字大家或许并不陌生，它就像一位悄然潜入的 “记忆小偷”，在全球范围内无情地偷走老年人的认知和记忆，是导致老年痴呆的主要原因。如今，全球约有 5500 万人深受其害，预计未来 30 年，这个数字将飙升至 1.3 亿以上，给社会带来了沉重的负担。

多年来，科研人员对 AD 展开了全面研究，大部分聚焦在 Aβ 斑块沉积和 Tau 蛋白磷酸化上。然而，AD 的发病机制如同一个神秘的迷宫，至今仍未被完全解开。其中，γ - 分泌酶（γ - secretase，一种在 1993 年被发现的蛋白酶，由 Presenilin（PS1/PS2）、Nicastrin、Aph - 1 和 Pen - 2 四个亚基按 1:1:1:1 的比例组装而成 ）及其重要成员 PS1 在 AD 发病过程中起着关键作用。PS1 参与 APP 的切割过程，影响 Aβ 的产生。但 γ - 分泌酶 / PS1 有众多底物，抑制其活性虽能降低 Aβ 水平，却会引发严重副作用，比如 γ - 分泌酶抑制剂 semagacestat，不仅会导致认知能力下降，还增加了患皮肤癌、免疫系统异常和胃肠道症状的风险。这就好比一把双刃剑，在试图对抗 AD 时，却伤害了身体的其他部分。

与此同时，TDP43（TAR DNA 结合蛋白 43）逐渐进入了研究人员的视野。它与许多神经退行性疾病相关，而且在 AD 患者中，其病理变化与认知能力下降程度密切相关。TDP43 蛋白由 TARDBP 基因编码，具有多种细胞功能，如参与 RNA 的剪接、运输等。它就像一个忙碌的 “细胞管家”，在细胞的各个 “工作环节” 都发挥着作用。研究发现，TDP43 的异常聚集和病理变化可能影响 AD 患者的认知功能，还会影响 Aβ 斑块沉积和 Tau 病理。但 TDP43 与 PS1 之间的相互作用和机制却一直是个未解之谜。

为了揭开这个谜团，吉林大学的研究人员在《Cell Death & Disease》期刊上发表了题为 “TDP43 is a novel substrate of PS1 and promotes APP expression through cleavage by PS1 in Alzheimer’s disease” 的论文。他们通过一系列研究发现，TDP43 是 PS1 的新底物，PS1 依赖 γ - 分泌酶和 caspase 活性切割 TDP43，切割位点在 TDP43 的第 315 位氨基酸。TDP43 与 PS1 的相互作用会促进 APP 表达，进而增加 Aβ 水平，这或许能解释 TDP43 是如何促进 AD 发展的。这一发现为理解 AD 的发病机制提供了新的视角，就像在黑暗的迷宫中找到了一条新的线索，为未来开发针对 AD 的治疗方法带来了新的希望。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们借助 STRING 蛋白网络相互作用工具预测蛋白间潜在关系，用 Z - DOCK 和 Discovery Studio（DS）进行蛋白 - 蛋白对接及虚拟氨基酸突变分析；通过共免疫沉淀（Co - IP）实验验证蛋白间的相互作用；利用蛋白质免疫荧光共定位技术观察蛋白在细胞内的共定位情况；运用 Western Blotting（WB）技术检测蛋白表达水平；还使用 RNA 干扰（siRNA）技术沉默 PS1 基因表达 。这些技术就像研究人员手中的 “神奇工具”，帮助他们一步步揭开 TDP43 与 PS1 之间的秘密。

下面来看看具体的研究结果：

1. TDP43 与 PS1 的相互作用

研究人员利用 STRING 数据库预测了 TDP43、APP 和 PS1 之间的潜在关系，发现 TDP43 和 PS1 可能存在功能共表达。随后，他们将 TDP43 - Myc 和 PS1 - Flag 共转染到 HeLa 细胞中进行 Co - IP 实验，证实了两者确实能相互作用。蛋白质免疫荧光共定位显示，TDP43 和 PS1 在细胞内存在共定位现象。通过 Z - DOCK 和 DS 分析，不仅预测了两者的结合位点，还发现 PS1 的 GLY384 和 TDP43 的 ALA315 之间存在氢键形成。这一系列实验就像一场 “细胞内的侦探游戏”，逐步揭示了 TDP43 和 PS1 之间的紧密联系。而且，研究人员还发现，TDP43 与 PS1 的相互作用会导致 TDP43 核定位的丧失。他们将两种质粒转染到 NSC34 细胞中，通过 WB 实验观察到，这种相互作用使得 TDP43 在细胞核中的表达减少，更多地出现在细胞质中。这一发现意义重大，因为 TDP43 核定位的丧失会导致细胞质中 TDP43 聚集，进而引发细胞应激、死亡和神经退行性病变。

2. TDP43 是 PS1 的底物

为了探究 TDP43 在与 PS1 相互作用中的角色，研究人员进行了一系列实验。他们在 HeLa 细胞中过表达 PS1，WB 分析发现 TDP43 - 43KD 的水平下降。接着，在多种细胞（NSC34、HeLa、原代成纤维细胞和原代神经元）中分别过表达或敲低 PS1，结果表明，PS1 过表达会使 TDP43 - 43KD 水平降低，而敲低 PS1 则会使其升高，补充 PS1 后又会下降。这一系列实验结果确凿地证明了 TDP43 是 PS1 的新底物。

3. TDP43 的切割依赖于 PS1 的 γ - 分泌酶和 caspase 活性

由于 PS1 具有 γ - 分泌酶和 caspase 两种活性，研究人员想弄清楚它切割 TDP43 的具体机制。他们用广谱 caspase 抑制剂 z - VAD 和 γ - 分泌酶抑制剂 L685458 处理细胞，发现 TDP43 - 43KD 的水平显著增加，而且联合处理时增加得更明显。免疫荧光实验也显示，PS1 过表达会使 TDP43 的荧光强度降低，而抑制剂处理后则会升高。此外，研究人员转染 PS1 的突变体（PS1 - D257A 和 PS1 - D385A），发现也能降低 TDP43 的水平。这些结果表明，PS1 切割 TDP43 并非只依赖其 γ - 分泌酶活性，caspase 活性也参与其中。

4. TDP43 的第 315 位丙氨酸是 PS1 的切割位点

为了确定 TDP43 被 PS1 切割的具体位点，研究人员将 PS1 - WT 与不同的 TDP43 突变体（TDP43 - WT、TDP43 - N390D、TDP43 - G348C 和 TDP43 - A315T）共转染到 HeLa 和 NSC34 细胞中。结果发现，PS1 - WT 与 TDP43 - A315T 共转染组中 TDP43 - 43KD 的水平显著高于 PS1 - WT 与 TDP43 - WT 共转染组。这表明 TDP43 被 PS1 切割的位点很可能在第 315 位氨基酸附近，这与之前生物信息学分析的结果相吻合。

5. TDP43 与 PS1 的相互作用增加 APP 和 Aβ 水平

APP 是 PS1 的重要底物，Aβ 又是 AD 发病的主要 “元凶” 之一。研究人员在多种细胞中过表达 TDP43 和 PS1，发现共转染组的 APP 含量显著增加。进一步研究不同 TDP43 突变体对 APP 水平的影响，发现 TDP43 - A315T 组的 APP 水平最高。通过免疫荧光检测 Aβ 水平，发现 PS1 - WT 与 TDP43 - WT 或突变体共转染，会使 Aβ 水平升高，但 TDP43 - A315T 与 PS1 - WT 共转染时，Aβ 水平降低。综合这些结果，研究人员认为，TDP43 与 PS1 相互作用后，TDP43 被切割，进而促进 APP 表达，APP 被切割产生更多 Aβ，推动了 AD 的发展。

6. TDP43 - PS1 复合物只影响 APP 水平，不影响其他底物的 γ - 分泌酶切割

除了 APP，E - cadherin 和 NOTCH 也是 PS1 的重要底物。研究人员转染 TDP43 - WT 和点突变质粒，发现 TDP43 - WT、TDP43 - N390D 和 TDP43 - G348C 转染组的 E - cadherin 水平增加，而 TDP43 - A315T 转染组则降低。在研究对 NOTCH 切割的影响时，发现 TDP43 - WT、TDP43 - N390D 和 TDP43 - G348C 不影响 NOTCH 切割，但 TDP43 - A315T 会抑制其切割。这表明 TDP43 与 PS1 的相互作用不会影响 PS1 的其他底物，不过 TDP43 - A315T 会抑制 PS1 的 γ - 分泌酶活性，从而增加 APP 水平，降低 Aβ 水平，同时抑制 NOTCH 和 E - cadherin 的切割。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：TDP43 能与 PS1 相互作用，相互作用位点在 TDP43 的第 315 位丙氨酸，PS1 通过 γ - 分泌酶和 caspase 活性切割 TDP43。TDP43 不影响 Notch 和 E - cadherin 的表达，但会促进 APP 表达，增加 Aβ 含量。这一研究揭示了 TDP43 在 AD 发病机制中的新作用，为理解 AD 的发展提供了重要线索。

在讨论部分，研究人员指出，TDP43 在神经退行性疾病中，其 C 末端片段容易形成包涵体，促进疾病进展。此前针对 γ - 分泌酶的小分子抑制剂临床试验失败，是因为其强烈抑制 γ - 分泌酶活性，产生了严重副作用。而 TDP43 与 PS1 的相互作用能调节 γ - 分泌酶 / PS1 的底物选择性，为开发新的 AD 治疗策略提供了方向。例如，可以通过调节 TDP43 水平或抑制其与 PS1 的相互作用来调控 Aβ 水平。不过，目前仍不清楚 TDP43 被 PS1 切割后是否会促进 Aβ 聚集，以及 TDP43 自身是否会聚集，这也是未来研究的方向。

这项研究就像为 AD 研究领域点亮了一盏明灯，虽然还有一些未知等待探索，但它为后续研究提供了宝贵的思路和方向，有望在未来帮助我们更好地理解和对抗阿尔茨海默病，让那些被 “记忆小偷” 光顾的人们重新找回美好的记忆。