阿爾茨海默病(AD)是一種常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其特征是認(rèn)知能力下降，記憶喪失和語(yǔ)言障礙，通常發(fā)生在老年人中，但年輕人也可能會(huì)患上這種疾病，患者可能會(huì)出現(xiàn)記憶衰退、認(rèn)知障礙、語(yǔ)言障礙和行為異常等癥狀。阿爾茨海默病的病因尚未明確，但研究表明，它與遺傳、年齡和生活方式等因素有關(guān)；其病理特征是由淀粉樣蛋白β(Aβ)組成的細(xì)胞外聚集體和由過(guò)度磷酸化的tau組成的神經(jīng)元內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFT)。研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞在AD發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中可能扮演著復(fù)雜的角色，并通過(guò)細(xì)胞-細(xì)胞信號(hào)通路感知神經(jīng)元活動(dòng)并調(diào)節(jié)神經(jīng)元功能。
TREM2來(lái)自髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體家族 (Triggering receptors expressed on myeloid cells，TREMs)，是免疫球蛋白超家族的跨膜受體，僅在骨髓細(xì)胞中表達(dá)，例如中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中的小膠質(zhì)細(xì)胞，有研究顯示，TREM2的罕見(jiàn)變異會(huì)使得AD的風(fēng)險(xiǎn)增加2-3倍，但它在tau病理中的作用則需要進(jìn)一步研究。
2023年10月21日，武漢大學(xué)人民醫(yī)院張振濤教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上發(fā)表題為“Soluble TREM2 ameliorates tau phosphorylation and cognitive deficits through activating transgelin-2 in Alzheimer’s disease"的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元上表達(dá)的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白-2 (Transgelin-2，TG2) 是sTREM2的受體，sTREM2-TG2相互作用介導(dǎo)了小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間的串?dāng)_，sTREM2及其活性多肽可能成為包括AD在內(nèi)Tau蛋白病的潛在治療干預(yù)手段。
主要研究結(jié)果 (Results)：
1、體外研究顯示sTREM2通過(guò)抑制GSK3β抑制tau蛋白的過(guò)度磷酸化
研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了穩(wěn)定高表達(dá)GFP-Tau的HEK293細(xì)胞系，并用Fc載體、熱滅活sTREM2或sTREM2(40nM)處理細(xì)胞，結(jié)果顯示sTREM2減少了S202、S396、T181和S404殘基的tau磷酸化，針對(duì)其中變化顯著的位點(diǎn)S202和S396進(jìn)行進(jìn)一步研究，結(jié)果顯示sTREM2對(duì)tau磷酸化的抑制作用呈劑量依賴。
已知上述四種tau位點(diǎn)是糖原合成酶激酶3β(Gsk3β)的靶點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了在sTREM2存在下Gsk3β的活性，發(fā)現(xiàn)sTREM2以濃度依賴的方式顯著降低Y216位GSK3β的磷酸化，表明sTREM2能夠誘導(dǎo)GSK3β活性降低。
圖 sTREM2在體外抑制tau蛋白過(guò)度磷酸化
2、sTREM2與TG2存在相互作用且sTREM2通過(guò)激活TG2抑制tau磷酸化
研究團(tuán)隊(duì)采用了Fc標(biāo)記的重組sTREM2進(jìn)行親和純化實(shí)驗(yàn)，從SH-SY5Y細(xì)胞膜中提取相互作用的蛋白。通過(guò)Western blotting和質(zhì)譜儀分析，鑒定了與sTREM2相互作用的候選受體，其中包括TG2。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了sTREM2與TG2在神經(jīng)細(xì)胞膜上的結(jié)合，并且在AD患者和tau P301S小鼠的腦切片中，TG2和sTREM2與神經(jīng)元和膠質(zhì)標(biāo)記物共定位。實(shí)驗(yàn)證明了sTREM2與TG2在細(xì)胞表面的相互作用，而TG2的敲除減弱了sTREM2與神經(jīng)元的附著。
圖 MAP2、TG2和sTREM2在AD患者和tau P301S小鼠海馬中的共定位染色
為了進(jìn)一步研究TG2是否參與sTREM2對(duì)tau磷酸化的調(diào)節(jié)，研究團(tuán)隊(duì)使用了TG2激動(dòng)劑TSG12處理HEK293-tau細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)TSG12顯著降低了HEK293-tau細(xì)胞中p-tau S202和S396的水平，并抑制了GSK3β的激活。類似的結(jié)果在原代神經(jīng)元中也得到觀察，表明TG2激動(dòng)劑在抑制tau磷酸化方面與sTREM2類似。研究團(tuán)隊(duì)使用shRNA敲除了HEK293-tau細(xì)胞或tau P301S小鼠原代神經(jīng)元中的TG2，然后用sTREM2處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有TG2的情況下，sTREM2對(duì)tau磷酸化和GSK3β激活的影響被取消。這些結(jié)果表明，TG2對(duì)于sTREM2抑制tau磷酸化是必需的。后續(xù)的研究中團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了對(duì)TG2在S188處誘導(dǎo)RhoA磷酸化，從而失活RhoA-ROCK通路的研究，探討并發(fā)現(xiàn)sTREM2是通過(guò)激活TG2-Rho-ROCK通路來(lái)抑制tau磷酸化。
圖 sTREM2調(diào)控tau蛋白磷酸化的潛在機(jī)制示意圖
3、sTREM2減輕tau P301S小鼠tau蛋白過(guò)度磷酸化和記憶喪失
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將編碼EGFP-sTREM2或EGFP載體的AAVs注射到3月齡tau P301S小鼠的海馬區(qū)，觀察到在7個(gè)月時(shí)EGFP和EGFP-sTREM2在海馬區(qū)的強(qiáng)表達(dá)。與對(duì)照組小鼠相比，注射AAV-sTREM2的tau P301S小鼠海馬區(qū)tau蛋白的磷酸化程度明顯改善。sTREM2對(duì)tau P301S小鼠GSK3β活性也有抑制作用。電子顯微鏡顯示，sTREM2對(duì)tau P301S小鼠的海馬突觸丟失具有保護(hù)作用。行為學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，注射AAV-EGFP-sTREM2的tau P301S小鼠在水迷宮測(cè)試中表現(xiàn)出更好的記憶，且表現(xiàn)出場(chǎng)興奮性突觸后電位(fEPSCs)的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(LTP)提高。這些結(jié)果表明，sTREM2逆轉(zhuǎn)了tau P301S小鼠的tau病理、突觸功能障礙和認(rèn)知障礙。
圖 海馬區(qū)突觸的電鏡結(jié)果圖
4、TG2在調(diào)節(jié)sTREM2的有益效應(yīng)中起著關(guān)鍵作用
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)注射AAV-EGFP-shRNA-TG2到tau P301S小鼠海馬區(qū)成功下調(diào)了TG2的表達(dá)。結(jié)果顯示，sTREM2對(duì)tau磷酸化的抑制作用依賴于TG2，并且sTREM2通過(guò)調(diào)節(jié)RhoA-ROCK-GSK3β通路發(fā)揮作用。電鏡結(jié)果顯示sTREM2在對(duì)照組小鼠中對(duì)海馬突觸丟失具有保護(hù)作用，而在抑制TG2的小鼠中失去了這種保護(hù)效果。此外，TG2的敲除減弱了sTREM2對(duì)突觸密度的保護(hù)作用，強(qiáng)調(diào)了TG2在調(diào)節(jié)sTREM2的有益效應(yīng)中的關(guān)鍵作用。
5、sTREM2活性多肽抑制tau P301S小鼠tau病理
研究團(tuán)隊(duì)合成了4個(gè)基于sTREM2(77-105)的短肽，其中多肽1（氨基酸77-89）顯著抑制tau的磷酸化，類似于sTREM2。為了進(jìn)一步評(píng)估多肽1對(duì)tau P301S小鼠tau蛋白過(guò)度磷酸化的影響，研究團(tuán)隊(duì)將FITC標(biāo)記的多肽注射到小鼠腹膜內(nèi)，確認(rèn)多肽1具有腦滲透性，并且在不同大腦區(qū)域可檢測(cè)到。多肽1與神經(jīng)元上的TG2有相互作用。接著，在3月齡的tau P301S小鼠腹膜注射Tat-sTREM2(77-89)或Tat-sTREM2(89-77)，連續(xù)4個(gè)月后進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，多肽1顯著抑制了海馬區(qū)tau的磷酸化以及Gsk3β和RhoA的激活，改善了突觸丟失。在行為測(cè)試中，服用多肽1的小鼠表現(xiàn)出更好的學(xué)習(xí)記憶功能。電生理研究還發(fā)現(xiàn)，注射多肽1的小鼠的突觸功能高于注射反轉(zhuǎn)肽的小鼠?？傮w而言，sTREM2活性多肽有望改善tau P301S小鼠的tau病理、突觸功能障礙和認(rèn)知障礙。
圖 小鼠海馬免疫組化染色與定量
結(jié)語(yǔ)：
綜上所述，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌sTREM2，這可能在tau蛋白病中起保護(hù)作用，并且設(shè)計(jì)了一種多肽來(lái)摸擬sTREM2的保護(hù)作用，有望成為AD的潛在治療干預(yù)手段。
參考文獻(xiàn)
Zhang X, Tang L, Yang J, Meng L, Chen J, Zhou L, Wang J, Xiong M, Zhang Z. Soluble TREM2 ameliorates tau phosphorylation and cognitive deficits through activating transgelin-2 in Alzheimer's disease. Nat Commun. 2023 Oct 21;14(1):6670. doi: 10.1038/s41467-023-42505-x. PMID: 37865646; PMCID: PMC10590452.
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