《Cell Reports》：Elevated neuronal TAF15 expression induces oxidative stress and anxiety-related behavioral deficits
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TAF15是一种DNA/RNA结合蛋白，参与RNA加工，其功能异常与神经退行性疾病相关，包括额颞叶痴呆（FTD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）。然而，TAF15表达水平与神经退行性变之间的关系，以及介导其神经毒性的特定下游通路，仍不清楚。在此，研究人员发现，在多
TAF15是一种DNA/RNA结合蛋白，参与RNA加工，其功能异常与神经退行性疾病相关，包括额颞叶痴呆（FTD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）。然而，TAF15表达水平与神经退行性变之间的关系，以及介导其神经毒性的特定下游通路，仍不清楚。在此，研究人员发现，在多种FTD和ALS亚型患者的 prefrontal cortex（前额叶皮层）神经元中，TAF15呈现一致性的上调。体外和体内实验均表明，神经元TAF15过表达会触发氧化应激，导致神经毒性和胶质细胞增生。在 medial prefrontal cortex（mPFC，内侧前额叶皮层）神经元中过表达TAF15的小鼠表现出焦虑加剧和cued fear-conditioning（线索性恐惧条件化）反应受损。值得注意的是，这些病理和行为表型可被抗氧化剂 N-acetylcysteine amide（NACA，N-乙酰半胱氨酸酰胺）缓解，支持了氧化应激在TAF15相关神经退行性变中的作用。总之，本研究阐明了神经退行性变中的TAF15-氧化应激轴，为未来的治疗开发提供了概念框架。
**研究背景与问题：**
额颞叶痴呆（FTD）是仅次于阿尔茨海默病（AD）的第二常见早发性（<65岁）痴呆症，其高发病率和缺乏有效治疗手段给社会带来了沉重负担。FTD的症状包括人格改变、行为障碍（如焦虑、冷漠）以及语言和行为的进行性衰退。对额颞叶变性（FTLD）的研究主要集中在TDP-43、Tau和TMEM106B等蛋白上。然而，近期研究发现约10%的FTLD患者存在由FET蛋白家族成员TAF15（TATA盒结合蛋白相关因子15）聚集物构成的淀粉样蛋白病理。在这些病例中，TAF15淀粉样纤维主要定位于神经元胞质，少数存在于神经元核和胶质细胞胞质中。TAF15淀粉样纤维不仅与FTLD有关，也存在于上下行运动回路中，提示其在肌萎缩侧索硬化症（ALS）等疾病的运动功能障碍中发挥作用。此外，在部分ALS患者中也报道了TAF15的错义突变。然而，TAF15在神经退行性疾病中的致病机制，特别是其下游通路，尚不清楚。
**研究内容与结论：**
这项研究发表于《Cell Reports》，旨在阐明TAF15表达升高在神经退行性疾病中的作用。研究人员通过分析FTD和ALS患者前额叶皮层（prefrontal cortex）的单核RNA测序（snRNA-seq）数据，发现TAF15在神经元中普遍上调。随后，研究人员在体外（SH-SY5Y细胞系）和体内（小鼠内侧前额叶皮层（mPFC））建立了TAF15过表达模型。研究发现，TAF15过表达会激活氧化应激，导致神经毒性和胶质细胞增生。在行为学上，mPFC区域过表达TAF15的小鼠表现出焦虑样行为和线索性恐惧条件化（cued fear-conditioning，CFC）反应受损。重要的是，使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸酰胺（NACA）处理能够有效缓解TAF15过表达引起的病理和行为缺陷。该研究揭示了TAF15-氧化应激轴在神经退行性变中的关键作用，为相关疾病的治疗提供了新的潜在靶点。
**主要技术方法：**
1. **单核RNA测序（snRNA-seq）数据分析**：利用来自Synapse数据库（syn51105515）的FTLD和ALS患者前额叶皮层snRNA-seq数据，分析TAF15在不同神经元亚群中的表达变化。
2. **体外细胞过表达与敲除模型**：构建慢病毒载体，在SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞系中稳定过表达全长或N端TAF15，并使用CRISPR-Cas9技术构建TAF15敲除（KO）细胞系。
3. **体内小鼠模型**：通过立体定位注射，将腺相关病毒（AAV）介导的TAF15过表达载体注入C57BL/6J小鼠（8-10周龄，雄性）的内侧前额叶皮层（mPFC）。
4. **转录组学分析**：对TAF15过表达和敲除的SH-SY5Y细胞进行批量RNA测序（bulk RNA-seq），通过基因本体论（GO）、京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集和基因集富集分析（GSEA）等分析差异表达基因（DEGs）和信号通路。
5. **氧化应激检测与行为学测试**：使用流式细胞术结合DCFH-DA探针检测细胞内活性氧（ROS）水平；通过旷场实验（OFT）、明暗箱实验（LDT）、Y迷宫自发交替实验、新物体识别实验（NOR）和线索性恐惧条件化实验（CFC）评估小鼠行为。
**研究结果：**
**1. 神经元TAF15表达升高与神经退行性变和细胞毒性相关**
通过分析snRNA-seq数据，发现FTLD和ALS患者前额叶皮层神经元中TAF15表达普遍上调，尤其在抑制性神经元中最为显著。在SH-SY5Y细胞中过表达全长TAF15（TAF15-FLAG OE）会导致细胞活力显著下降，且这种效应并非由抑制细胞增殖引起。分化后的SH-SY5Y细胞同样表现出明显的凋亡。值得注意的是，TAF15过表达并未导致其从细胞核向胞质的显著错误定位，也未诱导形成可检测的淀粉样纤维或TDP-43病理，表明细胞毒性可能通过其他下游通路产生。
**2. TAF15上调破坏与氧化应激和神经元活力相关的基因表达**
对TAF15过表达细胞进行批量RNA-seq分析，发现上调的基因主要富集在蛋白质折叠、氧化应激和凋亡通路，而下调的基因则与轴突发生、突触组装、自噬和泛素-蛋白酶体系统等蛋白降解通路相关。GSEA分析显示RNA剪接和线粒体基因表达通路发生显著改变。对TAF15过表达和敲除细胞中表达趋势相反的基因进行GO分析，发现其显著富集在氧化应激反应等通路。通过流式细胞术直接检测，证实TAF15过表达细胞内的ROS水平显著升高。
**3. 小鼠mPFC中TAF15过表达导致神经毒性、胶质细胞增生及焦虑相关行为缺陷**
通过AAV病毒在小鼠mPFC神经元中过表达TAF15，发现小鼠在旷场实验（OFT）中在中央区域停留时间更短、进入次数更少，在明暗箱实验（LDT）中进入明箱的次数更少，表现出焦虑样行为。在线索性恐惧条件化实验（CFC）中，TAF15过表达小鼠在声音提示期间的冻结时间显著减少，但工作记忆未受影响。免疫荧光分析显示，TAF15过表达小鼠mPFC区域诱导型一氧化氮合酶（iNOS）表达上调，凋亡细胞（TUNEL阳性）增多，神经元密度有下降趋势，同时小胶质细胞和星形胶质细胞显著激活和增殖（反应性胶质增生）。
**4. 降低氧化应激可缓解TAF15升高引起的神经病理和行为表型**
在体外，用抗氧化剂NACA处理TAF15过表达的SH-SY5Y细胞，可降低细胞内ROS水平并提高细胞活力。在体内，通过腹腔注射NACA处理TAF15过表达小鼠，发现NACA能显著降低mPFC中iNOS的表达，缓解胶质细胞增生，并减少凋亡信号。更重要的是，NACA处理能够显著改善TAF15过表达小鼠在旷场实验中的焦虑样行为。
**总结与讨论：**
本研究揭示TAF15表达升高是FTD/ALS的一个共同病理特征。研究人员发现，在未形成典型淀粉样纤维或TDP-43病理的情况下，TAF15过表达本身即可通过激活氧化应激通路导致神经毒性、胶质细胞增生以及焦虑相关的行为缺陷。抗氧化剂NACA能够有效逆转这些病理和行为表型，证实了氧化应激在TAF15介导的神经退行性变中的关键作用。该研究阐明了TAF15-氧化应激轴这一新机制，为FTD和ALS等神经退行性疾病的治疗提供了潜在的干预靶点。然而，TAF15如何驱动ROS产生以及如何引发胶质细胞激活的具体分子机制仍需进一步研究。此外，本研究仅使用雄性小鼠，且过表达模型无法精确模拟内源性表达水平，这些都是需要后续研究解决的局限性。
