科學家發現Tau蛋白誘發AD等疾病神經炎癥的新機制

　　神經退行性疾病的發生伴隨神經炎癥激活。有研究者認為，神經炎癥可能直接參與誘導疾病的發生，因此探究誘導神經炎癥的因素對神經退行性疾病早期篩查和防治有重要意義。

　　此前有研究表明，致病形式的Tau蛋白能夠激活反轉錄轉座子，并且發現反轉錄轉座子能夠在人類疾病發生過程中驅動炎癥[1]。然而，Tau蛋白誘導的轉座子激活是否促進神經炎癥尚屬未知。

　　近日，由圣安東尼奧德克薩斯大學健康科學中心Elizabeth Ochoa領銜的研究團隊在《科學進展》雜志發表最新研究成果。研究發現致病性Tau蛋白能夠通過促進反轉錄轉座子衍生的雙鏈RNA（dsRNA）形成來驅動神經退化和神經炎癥[2]。

　　他們在阿爾茨海默病（AD）患者、進行性核上性麻痹（PSP）患者和Tau轉基因小鼠腦組織均發現了星形膠質細胞中dsRNA及其識別蛋白含量升高。這項研究首次表明反轉錄轉座子激活介導的dsRNA水平升高可能是AD和PSP等原發性Tau病（tauopathy）的特征。

　　反轉錄轉座子是進化上廣泛存在的遺傳元件，它通過RNA拷貝的逆轉錄進行復制，并將產物DNA整合到宿主基因組的新位點。反轉錄轉座子在人類基因組中的占比達到35%。除了誘導突變，反轉錄轉座子的不良作用還可能來自于反轉錄轉座子RNA、編碼蛋白、衍生dsRNA、互補DNA等。

　　Tau蛋白是一種微管相關蛋白，它在人大腦中異常沉積會導致“Tau病”，常見的Tau病包括AD和PSP等神經退行性疾病。近期多項研究表明，逆轉錄轉座子在tau蛋白介導的神經毒性中被激活是導致神經退行性病變的原因[3]。

　　此前，Elizabeth Ochoa團隊發現在AD患者大腦中反轉錄轉座子含量升高。另外，反轉錄轉座子在其他疾病中已經證實能夠形成dsRNA。那么，反轉錄轉座子衍生的dsRNA是否在Tau病個體中升高呢？

　　研究人員收集不同病理階段AD患者PSP患者腦組織樣本，利用J2抗體標記dsRNA，結果發現，與對照組相比，Tau病組織樣本中dsRNA含量顯著升高。利用膠質纖維酸性蛋白（GFAP）和微管相關蛋白2（MAP2）抗體分別標記星形膠質細胞和神經元，與抗體J2共染，結果發現dsRNA僅在星形膠質細胞中顯著富集。

　　作為一種病原相關分子模式，dsRNA能夠誘導干擾素反應。黑素瘤分化相關蛋白5（MDA5）是一種dsRNA解旋酶，屬于維甲酸誘導基因I樣（RIG-I）受體家族。RIG-I受體是非常重要的模式識別受體，它能夠通過識別相關分子模式激活先天性免疫反應。MDA5能夠通過識別長dsRNA以完成抗病毒天然免疫反應。研究人員將MDA5和GFAP進行共染，結果發現MDA5在Tau病腦組織的星形膠質細胞中表達顯著升高。這說明在Tau病腦組織中dsRNA監視系統被激活。

　　dsRNA監視系統在Tau病腦組織的星形膠質細胞中顯著升高

　　接下來，研究者觀察dsRNA在Tau轉基因小鼠腦組織中的累積是否改變。本研究使用的轉基因小鼠為rTg4510，此小鼠能在Camk2a啟動子控制下過表達與疾病相關的人源Tau蛋白突變形式。許多人類Tau病癥狀在rTg4510小鼠模型中復現，包括膠質增生、神經元缺失和轉座子激活等。J2免疫熒光染色的結果表明，與對照組相比，J2蛋白在rTg4510小鼠的前額皮質組織中表達顯著升高。

　　此外，與人類的研究結果相似，J2蛋白在rTg4510小鼠的星形膠質細胞中表達升高。也就是說，dsRNA在Tau致病蛋白過表達的小鼠模型中形成增多。MDA5和GFAP共染實驗結果發現，MDA5在rTg4510小鼠的星形膠質細胞中表達升高。

　　dsRNA和dsRNA識別蛋白在rTg4510小鼠星形膠質細胞中表達升高

　　在本研究中，Elizabeth Ochoa團隊利用Tau轉基因果蠅探究了Tau蛋白、反轉錄轉座子、dsRNA和神經退化之間的機制聯系，通過檢測J2和K2蛋白的表達量來評估果蠅頭部dsRNA水平。結果表明，dsRNA在轉基因果蠅頭部含量顯著升高。另外，J2免疫熒光染色顯示Tau轉基因果蠅的腦組織中dsRNA含量顯著增加。

　　前文已經提到，dsRNA識別蛋白在Tau蛋白異常沉積的人和小鼠腦組織中表達增多。那么，促進dsRNA識別和清除是否能改善dsRNA在Tau轉基因果蠅中的累積及其導致的神經毒性呢？

　　Dicer-2是核糖核酸酶III家族的dsRNA特異性內切酶，負責果蠅模型中dsRNA的識別和清除。研究者在泛神經元過表達Dicer-2發現，Dicer-2過表達能夠顯著降低dsRNA水平。此外，過表達Dicer-2能夠有效減少Tau轉基因果蠅的神經退行性病變。以上結果表明Tau蛋白誘導的dsRNA增加確實介導了神經毒性產生。

　　此前研究者發現，在果蠅泛神經元中過表達人源Tau蛋白能夠從兩方面干擾轉座子控制：一是異染色質介導的反轉錄轉座子轉錄沉默，二是piRNA介導的反轉錄轉座子RNA轉錄后降解。針對這兩方面的基因挽救實驗發現，降低反轉錄轉座子轉錄水平的同時能夠抑制Tau蛋白誘導的神經毒性。研究人員敲低異染色質調控基因發現，異染色質解凝能夠增加果蠅腦組織中dsRNA水平。

　　基于dsRNA與先天性免疫的機制聯系，研究者推測dsRNA形成可能是驅動神經炎癥的因素。利用NanoString免疫反應相關探針檢測發現突變人Tau蛋白在泛神經元的表達能夠促進Toll、IMD和Jak/Stat通路上先天免疫基因的轉錄。此外，異染色質解凝也能夠顯著升高Toll、IMD和Jak/Stat通路上先天免疫基因轉錄本的表達。

　　總的來說，本研究通過調查多種Tau病模型中dsRNA升高的程度，以及dsRNA產生的來源和機制以及隨后的神經炎癥，將致病性tau誘導的逆轉錄轉座子激活與dsRNA形成聯系了起來。

　　參考文獻：

　　[1] Gorbunova V, Seluanov A, Mita P, et al. The role of retrotransposable elements in ageing and age-associated diseases. Nature. 2021；596(7870):43-53. doi:10.1038/s41586-021-03542-y

　　[2] Ochoa E, Ramirez P, Gonzalez E, et al. Pathogenic tau-induced transposable element-derived dsRNA drives neuroinflammation. Sci Adv. 2023；9(1):eabq5423. doi:10.1126/sciadv.abq5423

　　[3] Guo C, Jeong HH, Hsieh YC, et al. Tau Activates Transposable Elements in Alzheimer's Disease. Cell Rep. 2018；23(10):2874-2880. doi:10.1016/j.celrep.2018.05.004