6月2日，紐約大學(xué)奧蘭治堡分校的 Ralph Nixon 和 Ju-Hyun Lee 教授領(lǐng)導的研究團隊在《Nature Neuroscience》上發(fā)表的一篇報告表明，在五種淀粉樣變性病小鼠模型中，充滿(mǎn) Aβ 的酸化不良溶酶體扭曲了神經(jīng)元的質(zhì)膜并在細胞核周?chē)纬捎卸镜拿倒寤ńY。這些被稱(chēng)為 PANTHOS的花形氣泡會(huì )產(chǎn)生Aβ原纖維并將蛋白酶分泌到細胞質(zhì)中，最終導致神經(jīng)元破裂，留下與斑塊負荷相符的淀粉樣蛋白核心。 

德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校的George Perry教授說(shuō)：“這項研究表明，淀粉樣蛋白在神經(jīng)元內積累，并且在神經(jīng)元退化或死亡后聚集?！?/span>

加州大學(xué)歐文分校的 Charles Glabe教授也表示，細胞內 Aβ 會(huì )致使神經(jīng)元死亡，并在輕度認知障礙患者的大腦中形成斑塊。Aβ病理是由內而外還是由外而內，是需要解決的最重要的問(wèn)題之一。

Ralph Nixon及其同事在研究自噬-溶酶體系統在阿爾茨海默病中的作用時(shí)發(fā)現了 PANTHOS。 研究人員對這種降解途徑在A(yíng)D等神經(jīng)退行性疾病中的作用很感興趣，但一直難以追蹤大腦中自噬溶酶體的變化。為了克服這個(gè)問(wèn)題，Lee教授使用表達自噬標記LC3的轉基因動(dòng)物，并結合兩種染料進(jìn)行研究：一種在溶酶體呈酸性時(shí)發(fā)出紅色熒光，另一種僅在 pH 值超過(guò) 6.0 時(shí)才發(fā)出綠光。實(shí)驗中Thy-1 啟動(dòng)子確保只有神經(jīng)元產(chǎn)生這種串聯(lián)熒光 LC3 的報告基因 (tfLC3)。

Lee教授將tfLC3小鼠分別與五種淀粉樣變性模型進(jìn)行了雜交：TgCRND8，PS/APP，5xFAD，Tg2576和APP51。前三組在5個(gè)月時(shí)開(kāi)始形成淀粉樣斑塊，Tg2576和APP51組分別在大約12個(gè)月和20個(gè)月時(shí)形成淀粉樣斑塊。

研究人員使用共聚焦顯微鏡在轉基因小鼠出現斑塊的前幾個(gè)月檢測了它們皮質(zhì)切片中的熒光。與tfLC3對照相比，轉基因組酸化不良自溶酶體的數量是對照組的四倍。阿德萊德南澳大利亞衛生和醫學(xué)研究所的Tim Sargeant教授說(shuō)：“在淀粉樣蛋白斑塊積聚之前，神經(jīng)元中自溶酶體的pH值就增加了?！?/span>

研究人員認為vATP 酶是罪魁禍首。它們將質(zhì)子泵入溶酶體，致使質(zhì)子的活性在斑塊首 次出現之前就下降了 35%，隨著(zhù)溶酶體增多，它們的活性下降了50%。

當溶酶體 pH 值保持較高水平時(shí)，蛋白酶無(wú)法有效清除細胞碎片，如 Aβ。40%的幼齡小鼠的皮層神經(jīng)元含有 β-CTF/Aβ 的點(diǎn)狀物，且幾乎都在酸化不良的自溶酶體內。 Lee教授稱(chēng)，這些小泡還包括短的、部分形成的 Aβ 原纖維。

隨著(zhù)小鼠年齡的增長(cháng)，自噬過(guò)程恢復。細胞核周?chē)[脹的囊泡使質(zhì)膜膨脹，細胞體變形為 PANTHOS 形狀，細胞核周?chē)信蛎浀娜苊阁w花瓣（如下圖）。在五個(gè)小鼠模型中均發(fā)現了這種形狀的神經(jīng)元。 紐約西奈山伊坎醫學(xué)院的岳振宇教授對PANTHOS 花瓣中自溶酶體堆積的極端程度感到驚訝。他表示，這種現象表明了自噬發(fā)生了大規模上調并給細胞造成損傷。 

PANTHOS 在Tg2576（左）、5xFAD（第二）、TgCRND8（中）、PS/APP（第四）和 APP51（右） 老鼠中，含有一個(gè)核中心（黑色），周?chē)h(huán)繞著(zhù)低酸化的自溶酶體（黃色）[Courtesy of Lee et al., Nature Neuroscience, 2022.]

為了更好地了解這一現象，研究人員對5xFAD/LC3 小鼠的皮層神經(jīng)元進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現，在剛剛形成斑塊的 2.5 個(gè)月大的小鼠中發(fā)現，Aβ 原纖維在自溶酶體和細胞核周?chē)男」苤蟹e累，這些小管是由內質(zhì)網(wǎng)膜形成的；自噬囊泡可以虹吸雌激素受體使其自身的腫脹膜。

那么為什么以前沒(méi)有人檢測到這些核周 Aβ 原纖維呢？ Ralph Nixon教授表示，如果不對神經(jīng)元進(jìn)行三維重建，就很難判斷原纖維是位于細胞內部還是外部。他們團隊也是在觀(guān)察關(guān)聯(lián)同一PANTHOS細胞的熒光和電子顯微鏡圖像之后，才意識到管狀結構位于完整的細胞內。 

隨著(zhù) PANTHOS 神經(jīng)元退化，幾乎所有神經(jīng)元都含有致密的淀粉樣蛋白核心。 在小鼠 2.5 個(gè)月大時(shí)，一半的 PANTHOS 神經(jīng)元是硫代黃素-S陽(yáng)性的，6個(gè)月大時(shí)，幾乎所有的神經(jīng)元都呈陽(yáng)性，此時(shí)這些動(dòng)物已經(jīng)出現了全面的斑塊。Ralph Nixon教授說(shuō)：“PANTHOS 神經(jīng)元雖然是完整的細胞，但看起來(lái)很像斑塊?！?nbsp;值得注意的是，研究人員注意到一些硫代黃素-S陽(yáng)性 PANTHOS 神經(jīng)元已經(jīng)破裂，它們的內容物與來(lái)自鄰近細胞的碎片混合在一起，形成了一個(gè)具有多個(gè)致密核心的大淀粉樣蛋白斑塊（下圖）。

在小鼠的腦組織切片中，三個(gè) PANTHOS 神經(jīng)元充滿(mǎn)自溶酶體（紅色），每個(gè)神經(jīng)元都攜帶一個(gè)硫代黃素-S陽(yáng)性核心（藍色），并合并形成一個(gè)具有多個(gè)致密核心的大淀粉樣蛋白斑塊。[Courtesy of Lee et al., Nature Neuroscience, 2022.]

瑞典隆德大學(xué)的 Perry 和 Gunnar Gouras 教授表示，雖然一些斑塊可能以這種方式從神經(jīng)元胞體形成，但其他斑塊是來(lái)自營(yíng)養不良的神經(jīng)軸和突觸。突觸在 AD 早期受到影響，致使早期突觸功能障礙、大量自噬泡積累和神經(jīng)元死亡。 盡管如此，Lee教授還是堅持，至少在老鼠身上，大部分斑塊是通過(guò) PANTHOS形成的；而使用3D6抗體標記斑塊時(shí)，發(fā)現所有抗體結合都存在于 PANTHOS 病變中。

斑塊也會(huì )通過(guò)人體內的 PANTHOS 形成嗎？ 研究人員對三名在 Braak II 期死亡的成年人的前額葉皮層組織的分析表明，一些神經(jīng)元中存在相同的核周自噬溶酶體和淀粉樣蛋白原纖維。 

總之，這些發(fā)現表明，在小鼠出現斑塊前幾個(gè)月，神經(jīng)元內的 Aβ 在有缺陷的溶酶體中積累，這會(huì )扭曲并致使神經(jīng)元死亡，留下淀粉樣斑塊（下圖）。 倫敦大學(xué)學(xué)院的 Rick Livesey 教授說(shuō)：“這項研究證明溶酶體功能障礙是阿爾茨海默病最重要的致病過(guò)程?！?/span>

這個(gè)模型顯示了酸化不良的自溶酶體（紫色）如何聚集在神經(jīng)元胞體（左）中，推出細胞膜形成 PANTHOS 花瓣（中）。 溶酶體開(kāi)始分泌蛋白酶（粉紅色）和 Aβ 原纖維（灰色波浪線(xiàn)），并聚集在細胞核周?chē)娜苊阁w小管中。 過(guò)度填充的神經(jīng)元與附近的 PANTHOS 細胞碰撞并破裂（右），聚集神經(jīng)膠質(zhì)將淀粉樣蛋白碎片變成更大的斑塊。[Courtesy of Lee et al., Nature Neuroscience, 2022.]

在衰老小鼠中，小膠質(zhì)細胞聚集在已經(jīng)破裂的 PANTHOS 神經(jīng)元中，研究人員認為這些膠質(zhì)細胞有助于清除彌漫性 Aβ 并將其包裹形成致密的核心斑塊；其次，上調溶酶體 pH 值可能會(huì )預防這些下游疾病。 

在初步實(shí)驗中，Lee 教授試圖通過(guò)給予 5xFAD 小鼠異丙腎上腺素來(lái)恢復溶酶體功能。他發(fā)現，這種用于治療心律問(wèn)題的 β-腎上腺素能激動(dòng)劑可以促進(jìn) AD 患者來(lái)源的成纖維細胞中的溶酶體酸化和功能。 且到目前為止，用異丙腎上腺素治療動(dòng)物的 PANTHOS 神經(jīng)元的研究案例比較少，這項研究還有很長(cháng)的路要走。

寧波易賽騰生物科技有限公司    李福云編譯

原文鏈接：

Behold PANTHOS, a Toxic Wreath of Perinuclear Aβ That Kills Neurons | ALZFORUM

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