文獻解讀 | sTREM2有望改善AD患者的tau磷酸化和認知障礙

阿爾茨海默病(AD)是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其特征是認知能力下降，記憶喪失和語言障礙，通常發(fā)生在老年人中，但年輕人也可能會患上這種疾病，患者可能會出現(xiàn)記憶衰退、認知障礙、語言障礙和行為異常等癥狀。阿爾茨海默病的病因尚未明確，但研究表明，它與遺傳、年齡和生活方式等因素有關(guān)；其病理特征是由淀粉樣蛋白β(Aβ)組成的細胞外聚集體和由過度磷酸化的tau組成的神經(jīng)元內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFT)。研究表明，小膠質(zhì)細胞在AD發(fā)生和發(fā)展過程中可能扮演著復(fù)雜的角色，并通過細胞-細胞信號通路感知神經(jīng)元活動并調(diào)節(jié)神經(jīng)元功能。

TREM2來自髓樣細胞觸發(fā)受體家族 (Triggering receptors expressed on myeloid cells，TREMs)，是免疫球蛋白超家族的跨膜受體，僅在骨髓細胞中表達，例如中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中的小膠質(zhì)細胞，有研究顯示，TREM2的罕見變異會使得AD的風(fēng)險增加2-3倍，但它在tau病理中的作用則需要進一步研究。

2023年10月21日，武漢大學(xué)人民醫(yī)院張振濤教授團隊在Nature Communications上發(fā)表題為“Soluble TREM2 ameliorates tau phosphorylation and cognitive deficits through activating transgelin-2 in Alzheimer’s disease"的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元上表達的肌動蛋白結(jié)合蛋白-2 (Transgelin-2，TG2) 是sTREM2的受體，sTREM2-TG2相互作用介導(dǎo)了小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元之間的串?dāng)_，sTREM2及其活性多肽可能成為包括AD在內(nèi)Tau蛋白病的潛在治療干預(yù)手段。

主要研究結(jié)果 (Results)：

1、體外研究顯示sTREM2通過抑制GSK3β抑制tau蛋白的過度磷酸化

研究團隊構(gòu)建了穩(wěn)定高表達GFP-Tau的HEK293細胞系，并用Fc載體、熱滅活sTREM2或sTREM2(40nM)處理細胞，結(jié)果顯示sTREM2減少了S202、S396、T181和S404殘基的tau磷酸化，針對其中變化顯著的位點S202和S396進行進一步研究，結(jié)果顯示sTREM2對tau磷酸化的抑制作用呈劑量依賴。

已知上述四種tau位點是糖原合成酶激酶3β(Gsk3β)的靶點，研究團隊檢測了在sTREM2存在下Gsk3β的活性，發(fā)現(xiàn)sTREM2以濃度依賴的方式顯著降低Y216位GSK3β的磷酸化，表明sTREM2能夠誘導(dǎo)GSK3β活性降低。

圖 sTREM2在體外抑制tau蛋白過度磷酸化

2、sTREM2與TG2存在相互作用且sTREM2通過激活TG2抑制tau磷酸化

研究團隊采用了Fc標(biāo)記的重組sTREM2進行親和純化實驗，從SH-SY5Y細胞膜中提取相互作用的蛋白。通過Western blotting和質(zhì)譜儀分析，鑒定了與sTREM2相互作用的候選受體，其中包括TG2。進一步的實驗證實了sTREM2與TG2在神經(jīng)細胞膜上的結(jié)合，并且在AD患者和tau P301S小鼠的腦切片中，TG2和sTREM2與神經(jīng)元和膠質(zhì)標(biāo)記物共定位。實驗證明了sTREM2與TG2在細胞表面的相互作用，而TG2的敲除減弱了sTREM2與神經(jīng)元的附著。

圖 MAP2、TG2和sTREM2在AD患者和tau P301S小鼠海馬中的共定位染色

為了進一步研究TG2是否參與sTREM2對tau磷酸化的調(diào)節(jié)，研究團隊使用了TG2激動劑TSG12處理HEK293-tau細胞，發(fā)現(xiàn)TSG12顯著降低了HEK293-tau細胞中p-tau S202和S396的水平，并抑制了GSK3β的激活。類似的結(jié)果在原代神經(jīng)元中也得到觀察，表明TG2激動劑在抑制tau磷酸化方面與sTREM2類似。研究團隊使用shRNA敲除了HEK293-tau細胞或tau P301S小鼠原代神經(jīng)元中的TG2，然后用sTREM2處理細胞，發(fā)現(xiàn)在沒有TG2的情況下，sTREM2對tau磷酸化和GSK3β激活的影響被取消。這些結(jié)果表明，TG2對于sTREM2抑制tau磷酸化是必需的。后續(xù)的研究中團隊進行了對TG2在S188處誘導(dǎo)RhoA磷酸化，從而失活RhoA-ROCK通路的研究，探討并發(fā)現(xiàn)sTREM2是通過激活TG2-Rho-ROCK通路來抑制tau磷酸化。

圖 sTREM2調(diào)控tau蛋白磷酸化的潛在機制示意圖

3、sTREM2減輕tau P301S小鼠tau蛋白過度磷酸化和記憶喪失

研究團隊通過將編碼EGFP-sTREM2或EGFP載體的AAVs注射到3月齡tau P301S小鼠的海馬區(qū)，觀察到在7個月時EGFP和EGFP-sTREM2在海馬區(qū)的強表達。與對照組小鼠相比，注射AAV-sTREM2的tau P301S小鼠海馬區(qū)tau蛋白的磷酸化程度明顯改善。sTREM2對tau P301S小鼠GSK3β活性也有抑制作用。電子顯微鏡顯示，sTREM2對tau P301S小鼠的海馬突觸丟失具有保護作用。行為學(xué)測試結(jié)果顯示，注射AAV-EGFP-sTREM2的tau P301S小鼠在水迷宮測試中表現(xiàn)出更好的記憶，且表現(xiàn)出場興奮性突觸后電位(fEPSCs)的長時程增強(LTP)提高。這些結(jié)果表明，sTREM2逆轉(zhuǎn)了tau P301S小鼠的tau病理、突觸功能障礙和認知障礙。

圖 海馬區(qū)突觸的電鏡結(jié)果圖

4、TG2在調(diào)節(jié)sTREM2的有益效應(yīng)中起著關(guān)鍵作用

研究團隊通過注射AAV-EGFP-shRNA-TG2到tau P301S小鼠海馬區(qū)成功下調(diào)了TG2的表達。結(jié)果顯示，sTREM2對tau磷酸化的抑制作用依賴于TG2，并且sTREM2通過調(diào)節(jié)RhoA-ROCK-GSK3β通路發(fā)揮作用。電鏡結(jié)果顯示sTREM2在對照組小鼠中對海馬突觸丟失具有保護作用，而在抑制TG2的小鼠中失去了這種保護效果。此外，TG2的敲除減弱了sTREM2對突觸密度的保護作用，強調(diào)了TG2在調(diào)節(jié)sTREM2的有益效應(yīng)中的關(guān)鍵作用。

5、sTREM2活性多肽抑制tau P301S小鼠tau病理

研究團隊合成了4個基于sTREM2(77-105)的短肽，其中多肽1（氨基酸77-89）顯著抑制tau的磷酸化，類似于sTREM2。為了進一步評估多肽1對tau P301S小鼠tau蛋白過度磷酸化的影響，研究團隊將FITC標(biāo)記的多肽注射到小鼠腹膜內(nèi)，確認多肽1具有腦滲透性，并且在不同大腦區(qū)域可檢測到。多肽1與神經(jīng)元上的TG2有相互作用。接著，在3月齡的tau P301S小鼠腹膜注射Tat-sTREM2(77-89)或Tat-sTREM2(89-77)，連續(xù)4個月后進行分析。結(jié)果顯示，多肽1顯著抑制了海馬區(qū)tau的磷酸化以及Gsk3β和RhoA的激活，改善了突觸丟失。在行為測試中，服用多肽1的小鼠表現(xiàn)出更好的學(xué)習(xí)記憶功能。電生理研究還發(fā)現(xiàn)，注射多肽1的小鼠的突觸功能高于注射反轉(zhuǎn)肽的小鼠?？傮w而言，sTREM2活性多肽有望改善tau P301S小鼠的tau病理、突觸功能障礙和認知障礙。

圖 小鼠海馬免疫組化染色與定量

結(jié)語：

綜上所述，研究團隊發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細胞分泌sTREM2，這可能在tau蛋白病中起保護作用，并且設(shè)計了一種多肽來摸擬sTREM2的保護作用，有望成為AD的潛在治療干預(yù)手段。

Zhang X, Tang L, Yang J, Meng L, Chen J, Zhou L, Wang J, Xiong M, Zhang Z. Soluble TREM2 ameliorates tau phosphorylation and cognitive deficits through activating transgelin-2 in Alzheimer's disease. Nat Commun. 2023 Oct 21;14(1):6670. doi: 10.1038/s41467-023-42505-x. PMID: 37865646; PMCID: PMC10590452.

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