阿尔茨海默病脑源性tau蛋白提取物在人星形胶质细胞中展现差异处理与转录效应

本研究揭示了阿尔茨海默病(AD)脑源性tau蛋白聚集体在人诱导多能干细胞(iPSC)来源的星形胶质细胞中的差异化内化、清除和播种机制。通过质谱分析和RNA测序技术，研究人员发现tau磷酸化修饰谱与星形胶质细胞转录组变化直接相关，鉴定出HMGCS2、SQSTM1等关键基因参与tau清除通路。该研究为理解tau病理传播的细胞间异质性提供了新视角，发表于《iScience》。

　　

在神经退行性疾病研究领域，tau蛋白的异常聚集和传播一直是科学家们关注的焦点。阿尔茨海默病(AD)患者脑中，tau蛋白形成神经原纤维缠结，这种病理特征与认知功能下降密切相关。传统观点认为tau病理主要在神经元间传播，但近年研究发现星形胶质细胞——大脑中最丰富的胶质细胞——也可能参与这一过程。然而，tau蛋白在星形胶质细胞中的命运如何？不同分子特性的tau是否会引起星形胶质细胞的差异化反应？这些问题尚未得到充分解答。

来自英国伦敦国王学院和埃克塞特大学的研究团队在《iScience》发表了一项突破性研究。研究人员从AD患者死后脑组织中提取tau聚集体，将其作用于人iPSC来源的星形胶质细胞，通过多组学分析揭示了tau处理与星形胶质细胞反应之间的复杂关系。研究发现不仅为tau病理传播提供了新的细胞机制解释，还发现了潜在的治疗靶点。

研究采用了以下关键技术方法：1)从6例AD和3例对照的颞叶皮层组织中提取sarkosyl不溶性tau组分；2)使用70天分化成熟的iPSC来源星形胶质细胞进行tau摄取实验；3)通过LC-MS/MS(液相色谱-串联质谱)分析tau磷酸化修饰谱；4)采用高通量免疫荧光和3D成像定量tau内化；5)RNA测序分析星形胶质细胞转录组变化；6)WGCNA(加权基因共表达网络分析)鉴定关键基因模块。

Tau accumulates in astrocytes in AD temporal cortex
通过对AD患者颞叶皮层的免疫组织化学分析，研究发现AT8阳性(磷酸化tau标志物)结构存在于星形胶质细胞中，且AD组星形胶质细胞内AT8水平显著高于对照组。值得注意的是，不同病例间存在显著差异，AT8与星形胶质细胞标志物S100B呈正相关，而与GFAP(胶质纤维酸性蛋白)的相关性则因病例而异。这些发现提示AD脑中星形胶质细胞与tau病理存在复杂多变的相互作用。

Post-translational modifications of AD tau aggregates vary by case
质谱分析揭示了tau磷酸化修饰的显著个体差异。所有AD病例均显示S262、S394/400/404位点磷酸化——这些位点与tau播种效率和疾病进展相关。根据磷酸化谱可将样本分为三组：对照组、AD3/AD5(独特含有pSer113、pThr175/181和pSer289修饰)以及其他AD病例。此外，sarkosyl不溶性组分中还检测到U1-70K、APOE等53种差异蛋白，暗示这些共因子可能影响tau聚集和传播。

Human astrocytes internalize AD brain derived tau aggregates at varying rates
实验显示iPSC来源的星形胶质细胞能够内化tau聚集体，但不同AD病例来源的tau摄取速率存在显著差异。AD1、AD3和AD5来源的tau摄取较慢。移除外源tau后，AD3和AD5组显示tau持续清除，而其他AD组则出现内源性tau播种现象。这些差异与tau独特的磷酸化修饰谱相关，特别是AD3/AD5特有的pSer113、pThr175/181和pSer289修饰可能抑制了tau播种。

Human tau aggregates sequester astrocytic GFAP and S100b
tau聚集体处理导致星形胶质细胞中S100B和GFAP的局部聚集。所有AD病例处理组均观察到S100B免疫反应性显著增加，而GFAP升高主要见于4例AD组。值得注意的是，这些蛋白聚集在AT8阳性tau包涵体周围，即使在外源tau移除后仍持续存在，表明tau聚集体可能"劫持"了这些星形胶质细胞蛋白。

Alterations to astrocyte gene expression upon tau aggregate internalization
RNA测序发现AD-tau处理引起96个差异表达基因(DEG)，包括CX3CL1(上调2.7倍)、HMGCS2(上调45.9倍)等。WGCNA分析鉴定出5个关键模块：darkorange模块(含NID1、FN1等ECM相关基因)、darkgreen模块(含APP、APLP2等淀粉样蛋白处理基因)、darkturquoise模块(含THBS1等ECM组织基因)。值得注意的是，AD3和AD5处理组的转录变化最小，与其独特的tau处理表型一致。

这项研究系统揭示了AD脑源性tau在人类星形胶质细胞中的命运及其分子决定因素。主要发现有：1)星形胶质细胞能够内化tau聚集体，但其处理效率因tau的分子特性而异；2)特定的tau磷酸化修饰(如S262)与播种效率相关，而某些修饰(如S113)可能促进清除；3)tau处理差异反映在星形胶质细胞转录组变化中，涉及自噬(HMGCS2)、ECM重塑等多个通路；4)sarkosyl不溶性组分中的共因子可能参与