解析果蝇中成年神经元亚型对 tau 介导毒性的易感性：开启神经退行性疾病研究新视野

《Translational Psychiatry》：Examining the vulnerability of adult neuron subtypes to tau-mediated toxicity in Drosophila

为解决动物模型研究神经退行性疾病时无法精准解析单一神经元对致病蛋白反应的问题，研究人员开展了以果蝇为模型，研究 tau 介导的神经毒性对不同神经元亚型影响的主题研究。结果发现果蝇中枢神经系统神经元对 tau 病理的易感性存在差异，该研究为研究 tau 或致病蛋白对有丝分裂后神经元的影响提供新模型。

　　在神经科学的领域中，神经退行性疾病一直是困扰科学界的难题。像阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）这类 tau 蛋白病（tauopathies），其典型特征是神经元中过度磷酸化的 tau 蛋白聚集，而 tau 蛋白本是维持微管稳定的微管相关蛋白（MAPT）。奇怪的是，tau 蛋白在大脑中广泛表达，却并非所有神经元都会发展出致病的 tau 病理，这表明不同神经元对 tau 病理的易感性存在差异。以往研究中，动物模型在研究致病蛋白表达时，常局限于宽泛或异质的神经元群体，导致所观察到的病理特征只是多种神经元疾病表型的平均值，无法精确衡量单个神经元的反应。这就好比用一把大尺子去量每颗小珠子，无法准确知道每颗珠子的真实情况。因此，理解为何并非所有神经元都同样易受致病 tau 蛋白影响，对揭示疾病病理生物学机制和开发新治疗策略至关重要。

为了攻克这些难题，英国班戈大学（School of Environmental and Natural Sciences, Bangor University）和南安普顿大学（Faculty of Natural and Environmental Sciences, University of Southampton）的研究人员展开了深入研究。他们以果蝇为模型，利用 Split - GAL4 交叉策略，将基因表达精准定位到果蝇腹神经索（ventral nerve cord，VNS）中特定的、均一的小神经元群体，从而能够在单细胞分辨率下剖析单一神经元类型的选择性易感性。研究成果发表在《Translational Psychiatry》上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是果蝇遗传学技术，通过特定的 SplitGAL4 驱动线（driver lines）在成年果蝇 VNS 的有丝分裂后神经元中驱动高度磷酸化且有毒的人类 tau 异构体 hTau^0N3R表达；二是组织制备和免疫组织化学技术，用于观察神经元形态和相关蛋白表达；三是盲法评分和数据分析技术，对神经元形态进行盲法评分，并运用相关软件进行数据处理和统计分析。

研究结果如下：

• 神经元形态揭示单一神经元类型对 tau 病理的易感性存在差异：研究人员让 hTau^0N3R与膜结合的 GFP（mCD8 - GFP）共表达，以观察 tau 表达对神经元形态的影响。结果发现，tau 表达会影响所有神经元，但影响程度呈现出一个病理谱，有些神经元受影响更大（易感型），有些则较小（抗性型）。例如，6A 神经元是调节飞行中感觉反馈回路的 GABA 能神经元，在 3 周时受影响最严重，平均退化评分最高；而 19Bβ 神经元是胆碱能的运动前飞行中间神经元，在 0 周和 3 周时受影响最小。
• tau 介导神经元易感性的机制：
  • tau 的出现和细胞定位：一般来说，hTau^0N3R在所有被研究的神经元类型中都会随时间积累，且其分布会发生变化，从轴突转移到更细的神经元突起中。在易感神经元（如 6A 神经元）中，tau 会更多地积累在细突起中并错定到树突中，且其外观会从光滑连续变为碎片化；而在抗性神经元（如 19Bβ 神经元）中，tau 主要局限于较大的轴突段，很少出现在细突起中，外观也较为光滑。
  • 总 tau 水平与形态表型严重程度无关：研究人员量化了所有八种神经元类型在 0 周和 3 周时的 hTau^0N3R水平，发现 0 周时所有神经元类型的 hTau^0N3R表达水平相当；3 周时虽然不同神经元类型的总 tau 水平存在显著差异，但表型严重程度与总 tau 水平并无明显关联。
  • 易感神经元中 hTau 磷酸化随年龄显著增加：由于总 tau 水平似乎不是易感性的原因，研究人员进一步探究 tau 磷酸化的作用。他们检测了 tau 在 AT8 表位位点（pS202/pT205）的磷酸化水平，发现神经元类型和时间对 p - tau 水平有显著交互作用。一些易感神经元（如 12A 和 19A 神经元）随时间 p - tau 水平显著增加，而抗性神经元（如 1A、19Bβ 或 7Bα）则无明显变化。
  
  
• tau 下游导致易感性的机制：
  • 囊泡运输：通过检测 GFP 标记的突触小泡（nSybGFP）覆盖面积来研究 hTau^0N3R对囊泡运输的影响。结果发现，在 3 周时，抗性神经元类型（19Bβ、1A、7Bα）表达 LacZ 或 hTau^0N3R时，标记小泡覆盖面积无显著差异；而易感神经元（12A、6B 和 6A）在 hTau^0N3R存在时，标记小泡覆盖面积显著减少。
  • 线粒体运输：研究人员在最易感的 6A 神经元中检测 GFP 标记的线粒体（mitoGFP）定位，发现 3 周时，tau 表达神经元与对照神经元的线粒体亚细胞外观存在明显差异。tau 表达神经元的线粒体在轴突中更呈球状，在胞体中积累更多，而在树突和远端突触区域则较少。
  
  

研究结论和讨论部分指出，该研究利用果蝇模型展示了神经元对 tau 介导毒性的差异易感性，突出了细胞对毒性蛋白反应的异质性。研究发现，形态易感性与同一神经元类型中病理性 tau 在 Ser²⁰²和 Thr²⁰⁵（AT8）位点的年龄依赖性磷酸化增加密切相关，还与囊泡运输缺陷有关。此外，tau 的外观和错定位也是影响易感性的因素。同时，研究还表明神经元的基本解剖结构（如极性）可能在赋予易感性方面发挥作用，但易感性更可能是多种因素共同作用的结果。该研究为研究 tau 或任何致病蛋白对有丝分裂后神经元的年龄依赖性影响提供了一个新的、高分辨率且易于处理的模型，有助于更深入地了解神经退行性疾病的发病机制，为未来开发针对性的治疗方法奠定了基础。