阿尔茨海默病转分化神经元中的蛋白质稳态和溶酶体修复缺陷
学术背景
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是老年人中最常见的神经退行性疾病，其主要病理特征包括淀粉样蛋白β（Aβ）沉积和tau蛋白的过度磷酸化。尽管衰老是AD的最主要风险因素，但神经元蛋白稳态（proteostasis）的下降如何导致AD患者大脑中异常蛋白沉积的细胞机制仍不明确。为了研究这一问题，研究者们开发了一种从人类皮肤成纤维细胞转分化而来的神经元模型（transdifferentiated neurons, tneurons），该模型保留了衰老的标志，并表现出与AD相关的脆弱性。
论文来源
本论文由Ching-Chieh Chou、Ryan Vest、Miguel A. Prado等来自Stanford University、Harvard University等多个研究机构的科学家共同完成，于2025年4月发表在Nature Cell Biology期刊上。论文题为“Proteostasis and lysosomal repair deficits in transdifferentiated neurons of Alzheimer’s disease”，旨在通过tneurons模型揭示衰老和AD中溶酶体功能缺陷与蛋白稳态失调的早期事件。
研究流程与结果
1. tneurons模型的建立与衰老和AD相关表型的验证
研究者利用转录因子（Brn2、Ascl1、Myt1l和Ngn2）和小分子化合物，将人类皮肤成纤维细胞转分化为皮质神经元。成纤维细胞来自健康年轻（平均年龄25.6岁）、健康老年（平均年龄70.3岁）和AD患者（平均年龄70.4岁）的捐赠者。通过免疫荧光和蛋白质组学分析，研究者发现老年和AD患者的成纤维细胞在DNA损伤和组蛋白修饰（如H3K9me3和H4K16ac）方面表现出显著的衰老特征。
在转分化后的tneurons中，研究者观察到老年和AD tneurons在基础条件下即表现出蛋白稳态的缺陷，包括泛素化蛋白（ubiquitin-positive, ub+）和自噬受体p62/SQSTM1的积累。此外，AD tneurons中Aβ42和磷酸化tau（ptau）的沉积显著增加，与AD患者大脑中的病理特征相似。
2. 蛋白质组学分析揭示衰老和AD相关的溶酶体功能缺陷
通过定量蛋白质组学分析，研究者比较了年轻、老年和AD tneurons的蛋白质表达谱。结果显示，衰老和AD显著影响了蛋白稳态和细胞器稳态，尤其是内体-溶酶体通路（endosome-lysosome pathway）的组分。AD tneurons中溶酶体相关蛋白（如CLU、CTSC和TMEM175）的表达显著下调，表明溶酶体功能在AD中受到严重影响。
3. 溶酶体损伤与修复机制的缺陷
研究者使用透射电子显微镜（TEM）观察了tneurons中溶酶体的超微结构，发现老年和AD tneurons中溶酶体体积增大，并含有大量电子致密颗粒。进一步研究表明，老年和AD tneurons中溶酶体损伤标志物（如ESCRT-III的CHMP2B和galectin-3）的基础水平显著增加，表明这些细胞中存在持续的溶酶体损伤。
为了评估溶酶体修复动力学，研究者使用溶酶体损伤剂（L-leucyl-L-leucine methyl ester, LLOME）处理tneurons，并监测ESCRT-0组分HGS的时空变化。结果显示，AD tneurons中溶酶体修复效率显著降低，修复半衰期（t1/2）延长至3.6小时，而年轻tneurons仅为1.1小时。
4. 溶酶体损伤与其他蛋白稳态通路的相互作用
研究者还发现，溶酶体损伤会影响其他蛋白稳态通路，如RNA结合蛋白TDP-43和分子伴侣HSP70的定位。在AD tneurons中，TDP-43和HSP70被募集到受损的溶酶体上，表明溶酶体损伤可能通过影响其他蛋白稳态过程加剧神经元的病理变化。
5. 溶酶体功能修复对AD病理的改善
为了验证溶酶体功能缺陷在AD病理中的核心作用，研究者使用了几种小分子化合物来改善溶酶体功能。其中，C381能够显著减少AD tneurons中Aβ42的沉积，并降低炎症因子（如IL-6和CCL2）的分泌。此外，C381还能恢复溶酶体酸性环境，提高溶酶体酶的活性，并保护神经元免受溶酶体损伤诱导的细胞死亡。
结论与意义
本研究通过tneurons模型揭示了衰老和AD中溶酶体功能缺陷与蛋白稳态失调的早期事件，表明溶酶体修复缺陷是AD病理的关键驱动因素。研究结果不仅为AD的发病机制提供了新的见解，还提出了通过改善溶酶体功能来治疗AD的潜在策略。
研究亮点
- 创新模型：tneurons模型保留了衰老的标志，为研究衰老和AD的细胞机制提供了独特的工具。
- 溶酶体功能缺陷：研究首次系统地揭示了AD中溶酶体损伤与修复机制的缺陷，并阐明了其在蛋白稳态失调中的作用。
- 治疗潜力：研究表明，通过小分子化合物改善溶酶体功能可以有效减少Aβ沉积和炎症反应，为AD的治疗提供了新的方向。
其他有价值的信息
本研究的局限性在于tneurons模型缺乏胶质细胞的支持，且培养时间较短，可能无法完全模拟人类大脑中的复杂组织结构和长期衰老过程。未来研究可以进一步探索其他溶酶体质量控制（LQC）通路在AD中的作用，并验证这些发现在更广泛的AD患者群体中的适用性。
本研究为理解AD的早期细胞生物学过程提供了重要见解，并为开发针对AD的早期干预策略奠定了基础。