《Nature Cell Biology》衰老与阿尔茨海默病：神经元中蛋白稳态与溶酶体修复缺陷的新发现

《Nature Cell Biology》：Proteostasis and lysosomal repair deficits in transdifferentiated neurons of Alzheimer’s disease

为探究神经元蛋白稳态下降与阿尔茨海默病（AD）患者大脑中异常蛋白沉积之间的细胞机制，研究人员利用人皮肤成纤维细胞转化的神经元（tNeurons）开展研究。结果发现，AD 的 tNeurons 存在蛋白毒性沉积物积累、溶酶体功能缺陷等问题，改善溶酶体功能可减少 Aβ42沉积等。这为 AD 治疗提供了新方向。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）作为一种常见的神经退行性疾病，严重影响着人们的健康和生活质量。随着全球老龄化进程的加速，AD 的发病率逐年上升，给社会和家庭带来了沉重的负担。目前，虽然对 AD 的研究已经取得了一些进展，但对于其发病机制仍未完全明确。在 AD 的众多发病因素中，衰老被认为是最主要的风险因素。然而，神经元蛋白稳态（proteostasis）下降与 AD 患者大脑中特征性异常蛋白沉积之间的细胞机制却一直是个谜。以往的研究工具，如从尸检大脑获取的人类神经元和诱导多能干细胞及其衍生谱系，都存在一定的局限性，无法很好地模拟衰老对神经退行性疾病的影响。因此，开发新的细胞模型来深入研究 AD 的发病机制迫在眉睫。

为了解开这些谜团，来自斯坦福大学等多个机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Nature Cell Biology》杂志上。

研究人员为了深入探究 AD 的发病机制，采用了多种技术方法。在样本来源上，收集了不同年龄和疾病状态的人类成纤维细胞、死后前额叶皮层和脑脊液样本 。主要的技术方法包括：利用转录因子和小分子将人皮肤成纤维细胞转化为神经元（tNeurons）；运用定量蛋白质组学分析技术，对不同状态的 tNeurons 进行蛋白质组分析；采用免疫荧光、透射电子显微镜（TEM）等技术对细胞和组织进行检测和观察 。

研究结果如下：

1. 衰老和蛋白稳态特征：研究人员利用转录因子将人成纤维细胞转化为皮质神经元。发现衰老和 AD 患者的成纤维细胞存在 DNA 损伤增加、表观遗传标记改变等现象，且在受到蛋白毒性应激时，其蛋白稳态脆弱性与供体的年龄和疾病状态相关。转化后的 tNeurons 保留了衰老和疾病的表观遗传特征，并且在基础条件下就表现出蛋白稳态缺陷，如泛素（Ub）和自噬受体 p62/SQSTM1 的聚集增加。

2. 蛋白毒性包涵体形成：在 tNeurons 中，研究人员发现与 AD 相关的蛋白病理变化，如细胞内总 Aβ、毒性异构体 Aβ⁴²以及磷酸化 tau（pTau）的沉积显著增加，同时还观察到 TDP - 43 病理变化，这些结果表明神经元蛋白稳态缺陷会因衰老和 AD 而加剧，进而促进多种 AD 相关蛋白病理的细胞内积累。

3. 定量蛋白质组学分析：通过对年轻、衰老和 AD 患者的 tNeurons 进行定量蛋白质组学分析，发现衰老和 AD 改变的主要通路包括蛋白稳态和细胞器稳态。其中，内体 - 溶酶体途径的蛋白质大多随衰老而下调，且许多 AD 相关的蛋白质组变化与神经退行性疾病风险基因相关。

4. PSEN1 突变的影响：对携带 PSEN1 突变的家族性 AD（fAD）患者来源的 tNeurons 研究发现，PSEN1 突变会引发早期 AD，这些 tNeurons 表现出基础积累的 Ub 和 p62/SQSTM1，且 Aβ、pTau、p - TDP - 43 和 HspB1 水平较高，同时线粒体蛋白表达下调。

5. 溶酶体损伤和修复：研究人员发现衰老和 AD 的 tNeurons 中溶酶体存在结构和功能的改变，如溶酶体大小增加、电子致密颗粒增多，线粒体 - 溶酶体接触增加等。通过检测溶酶体损伤标记物，发现衰老和 AD 的 tNeurons 中受损溶酶体数量增加，且溶酶体修复途径受损，这表明衰老和 AD 会影响神经元溶酶体的修复能力。

6. 溶酶体损伤的影响：溶酶体损伤会影响其他蛋白稳态途径，如导致 TDP - 43 错误定位到受损溶酶体，Hsp70 被招募到受损溶酶体。同时，溶酶体损伤还与线粒体功能障碍、溶酶体酸化改变以及 Aβ⁴²沉积相关，这些结果揭示了溶酶体损伤在 AD 发病机制中的重要作用。

7. 炎症反应：AD 的 tNeurons 存在细胞自主的炎症小体激活，会分泌炎症因子，且溶酶体损伤会促进炎症因子的分泌。通过对脑脊液（CSF）的分析发现，AD 患者的 CSF 中炎症因子 IL - 15 水平升高，这表明炎症反应在 AD 的发病过程中起着重要作用。

8. 溶酶体功能的改善：使用能够改善溶酶体功能的小分子化合物处理 tNeurons，发现可以减少 Aβ⁴²沉积、降低炎症因子分泌、恢复溶酶体功能并减少细胞死亡，这为 AD 的治疗提供了潜在的干预策略。

在结论和讨论部分，研究人员指出，神经元转分化为研究人类大脑衰老和 AD 的细胞和机制提供了有力的方法。通过 tNeurons 模型，揭示了蛋白稳态和溶酶体质量控制（LQC）途径受衰老和 AD 的选择性影响。LQC 缺陷可能是 AD 早期的致病事件，会导致神经元出现蛋白毒性沉积物、线粒体功能障碍、炎症小体激活和神经退行性变风险增加 。虽然该研究存在一定的局限性，如使用的是无胶质细胞支持的 tNeurons 单培养和短期培养条件，可能无法完全反映体内的生理情况，但 tNeurons 模型为理解 AD 发病机制提供了新的视角，为早期预防 AD 相关有害事件的发生提供了潜在的策略，对未来 AD 的研究和治疗具有重要的指导意义。