2022年6月2日，美国纽约内森克莱恩研究所Ralph A. Nixon等人在Nature Neuroscience杂志上发表了题为“Faulty autolysosome acidification in Alzheimer’s disease mouse models induces autophagic build-up of Aβ in neurons, yielding senile plaques”的研究论文，该研究发现阿尔茨海默症小鼠模型中错误的自溶酶体酸化诱导神经元中 Aβ 的自噬积聚，产生老年斑。
研究背景
自噬是溶酶体降解的主要途径，通过组成性的清除退化的蛋白和细胞器来维持细胞内稳态。它由疾病和细胞应激进一步诱导，以消除异常蛋白质、聚集体和受损细胞。自噬包含多种机制来隔离底物并将其传递给溶酶体(LYs)。在主要的自噬溶酶体途径(ALP)中，巨噬是一种拉长的双膜包围细胞质，或通过适配器蛋白与特定的靶向底物结合，然后闭合形成自噬小体(AP)。AP与LYs或内溶酶体融合后成熟为自噬溶酶体(ALs)，内溶酶体引入多种组织蛋白酶、其他酸性水解酶和vATPase（vATPase是使自噬溶酶体腔酸化并激活水解酶的质子泵）。溶酶体是AD致病基因产物和危险因素的靶点，包括在内体和自噬途径中活跃产生的致病性淀粉样前体蛋白 (APP) 代谢物 APP-βCTF 和 Aβ，通常被溶酶体清除。
AD在神经病理学上由两种病变来定义:细胞内tau蛋白聚集(神经纤维缠结)和由局灶性肿胀(营养不良)的神经突起(DNs)组成的神经斑块。此外，含有未完全消化的自噬底物的AVs在疾病早期的受影响神经元内逐步积累。AD 中自噬功能障碍的分子基础、其与 APP/淀粉样蛋白病理学的关系及其致病意义尚不清楚，部分原因在于监测人体内大脑ALP 异常的技术还达不到。为了克服这些限制，作者使用具有神经元特异性表达串联荧光标记LC3 (mRFP-eGFP-LC3或tfLC3)的转基因小鼠(TRGL)（LC3是一种选择性与AP和AL相关的自噬适配器蛋白）。tfLC3探针能够研究完整大脑中神经元ALP的单个囊泡成分，且这是首次评估小鼠AD模型中整个疾病进展过程中神经元自噬溶酶体酸化率。
研究结果
为了识别和监测AD相关的ALP缺陷，作者将早发或晚发疾病病理的TRGL和AD模型小鼠进行了杂交试验。在所有五种AD小鼠模型中，都证实了早期出现的溶酶体vATPase活性不足、脆弱神经元群体自噬功能障碍以及APP-βCTF和Aβ在低酸化的AL (pa-AL)中选择性积累，而这要早于细胞外β-淀粉样蛋白沉积。此外，作者在受损神经元中发现了一种独特的自噬应激反应，其特征是AVs在核周内大量增殖，形成充满Aβ/APP-β ctf的AVs的大膜泡。围绕着dapi阳性荧光核的强烈荧光花瓣状水泡产生了花朵状轮廓，称之为“PANTHOS”。值得注意的是，房室融合与内质网(ER)在细胞核周围的管状网络中形成β-淀粉样原纤维，形成完整神经元内核心淀粉样斑块的形态学特征。通过大量的成像和组织化学技术，定量地证实PANTHOS神经元是AD小鼠模型中绝大多数老年斑的来源，从而促使人们重新考虑AD中斑块形成的常规事件序列。
图1 tRGL小鼠大脑双标记自噬传感器的设计与表达
图2 神经元内APP-βCtF/Aβ在AD小鼠pa-AL内选择性积累
结论
总之，自噬在阿尔茨海默病中明显受损，神经元中自噬溶酶体酸化早在细胞外淀粉样沉积之前就开始下降，与vATPase活性显著降低和Aβ/APP-βCTF在放大的脱酸自噬溶酶体中选择性积聚有关。独特的PANTHOS，也存在于AD的大脑中。溶酶体膜通透性、组织蛋白酶释放和溶酶体细胞死亡，伴随小胶质细胞侵袭，且在淀粉样前体蛋白AD模型中，显示PANTHOS的单个神经元是老年斑的主要来源。
参考文献：Lee JH, Yang DS, Goulbourne CN, et al. Faulty autolysosome acidification in Alzheimer's disease mouse models induces autophagic build-up of Aβ in neurons, yielding senile plaques. Nat Neurosci. 2022;25(6):688-701.
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撰文：王桂华
编辑：刘振兴
审核：张贤钦
课题组网址 http://life.hust.edu.cn/info/1046/13645.htm
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