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Tau病變，其特征表現(xiàn)為Tau蛋白聚集，是一組異質(zhì)性的神經(jīng)退行性疾病。最常見的Tau病變性疾病包括阿爾茨海默病（AD），以及具有Tau病變的額顳葉退行性疾病亞型（frontotemporal lobar degenera- tion with Tau pathology，簡(jiǎn)稱FTLD-Tau），如皮克?。≒ick’s disease，簡(jiǎn)稱PiD）、皮質(zhì)基底退化（corticobasal degeneration，簡(jiǎn)稱CBD）、進(jìn)行性核上性麻痹（progressive supranuclear palsy，簡(jiǎn)稱PSP）等【1】。Tau由單一基因（MAPT）編碼，由于外顯子10的選擇性剪接，產(chǎn)生六種異構(gòu)體，包括包含三個(gè)（3R）或四個(gè)（4R）微管結(jié)合重復(fù)序列的異構(gòu)體【2】。Tau病變性疾病有三種亞型，即3R、4R和3R/4R混合型，并且，低溫電子顯微鏡（cryo-EM）技術(shù)已經(jīng)揭示了不同Tau纖維結(jié)構(gòu)。AD（3R/4R）、PiD（3R）、CBD（4R）和PSP（4R）中的Tau纖維在結(jié)構(gòu)上是不同的【3,4】。導(dǎo)致FTLD-Tau家族性病例的MAPT突變中，許多突變改變了3R-4R的比例【5,6】；包括P301 S/L在內(nèi)的幾種突變位于外顯子10【7】，因此是4R特異性的。
人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Human induced pluripotent stem cell，簡(jiǎn)稱hiPSC）來(lái)源的神經(jīng)元在模擬神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括但不限于Tau病變性疾病，價(jià)值并不明顯。結(jié)合CRISPR-Cas9技術(shù)，iPSC來(lái)源的神經(jīng)元平臺(tái)通過(guò)等位基因改造，實(shí)現(xiàn)了精確的疾病模型化和功能基因組學(xué)分析，從而可以識(shí)別疾病相關(guān)調(diào)控因子。然而，即使在長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)后，iPSC來(lái)源的神經(jīng)元表達(dá)的4R Tau水平也非常低，因此不適合模擬如PSP這樣的4R Tau病變性疾病。包含外顯子10的Tau水平低也限制了它們?cè)谀M位于外顯子10的顯性家族性FTLD-Tau突變方面的相關(guān)疾病。此外，還難以在人類iPSC來(lái)源的神經(jīng)元中復(fù)現(xiàn)穩(wěn)定的Tau聚集。盡管在MAPT-P301L或MAPT-IVS10 + 16 iPSC神經(jīng)元中未觀察到不溶性Tau聚集，但在120天后，可以觀察到數(shù)目稀少的Tau包含體。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的一個(gè)重要因素可能是iPSC來(lái)源的神經(jīng)元中缺乏4R Tau。
近日，來(lái)自美國(guó)紐約Weill Cornell Medicine的Shiaoching Gong和Li Gan研究組在Cell上發(fā)表題為Human iPSC 4R tauopathy model uncovers modifiers of tau propagation的文章，成功建立了一套穩(wěn)健且具有擴(kuò)展能力的人類iPSC 4R Tau病變性疾病模型。
Tau病變性疾病是與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，其具體機(jī)制仍然知之甚少，原因之一是缺乏適當(dāng)?shù)娜祟惸Ｐ?。作者將hiPSC來(lái)源的神經(jīng)元細(xì)胞系工程化，使其在分化成神經(jīng)元時(shí)表達(dá)4R Tau和攜帶P301S MAPT突變的4R Tau。在接種Tau纖維后，4R-P301S神經(jīng)元逐漸產(chǎn)生Tau包含體，并重現(xiàn)了Tau病變性疾病的表型特征，包括共享的轉(zhuǎn)錄組特征、自噬小體積累、Tau聚集的漸進(jìn)擴(kuò)散、異常神經(jīng)活動(dòng)以及內(nèi)溶酶體通路功能障礙。接下來(lái)，作者展開針對(duì)與Tau病理生物學(xué)相關(guān)的基因的CRISPRi篩選，并識(shí)別出500多個(gè)可能的Tau傳播遺傳修飾因子，包括視黃醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白VPS29和泛素折疊修飾蛋白（UFMylation）級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的基因。在PSP和AD大腦中，帶有神經(jīng)原纖維纏結(jié)的神經(jīng)元中，泛素折疊修飾蛋白級(jí)聯(lián)反應(yīng)被改變。體外和體內(nèi)抑制泛素折疊修飾蛋白級(jí)聯(lián)反應(yīng)，可以有效抑制Tau傳播。
綜上所述，作者展示了一套穩(wěn)健且可擴(kuò)展的人類iPSC 4R Tau病變性疾病模型。通過(guò)工程化hiPSC細(xì)胞系，使其在分化成神經(jīng)元時(shí)表達(dá)4R Tau和攜帶P301S MAPT突變的4R Tau（4R-P301S），并確定了4R-P301S神經(jīng)元可以在一定程度上模擬Tau病變性疾病的病理特征。另外，作者還整合CRISPRi和功能基因組篩選，識(shí)別出參與Tau病變性疾病的新分子和通路，為發(fā)現(xiàn)潛在的治療策略提供了新思路。
當(dāng)然，這套模型的主要缺陷有兩處，一是無(wú)法復(fù)刻人類大腦中衰老神經(jīng)元的特征，而衰老是AD的發(fā)病誘因之一；二是并沒(méi)有重現(xiàn)AD的Tau病變，因?yàn)?/strong>AD病人所攜帶Tau是3R/4R復(fù)合型，而這套模型僅表達(dá)4R。這兩點(diǎn)也是升級(jí)本模型的重點(diǎn)方向。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.015
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