【原】TDP-43介導(dǎo)創(chuàng)傷性腦損傷誘導(dǎo)的AD神經(jīng)病理學(xué)改變以及突觸和認(rèn)知功能缺陷

腦聲常談 2022-07-05 發(fā)布于上海

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閉合性頭部損傷（CHI）是指鈍性或非穿透性頭部創(chuàng)傷。臨床上，大多數(shù)輕度創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）是由CHI引起的。研究表明，在健康個(gè)體中，一個(gè)輕微的CHI可能不會(huì)導(dǎo)致慢性神經(jīng)變性過(guò)程和癡呆，但它可能足以引發(fā)神經(jīng)病變，并加速或加重易患AD的人的神經(jīng)病變。然而，單一輕度CHI加速或重復(fù)輕度CHI誘導(dǎo)AD神經(jīng)病理學(xué)的分子機(jī)制仍不確定。

TDP-43是一種DNA和RNA結(jié)合蛋白，具有調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、RNA剪接和代謝的功能。磷酸化tau的積累和TAR-DNA結(jié)合蛋白43（TDP-43）的聚集是TBI患者的兩個(gè)重要神經(jīng)病理學(xué)特征。一些TBI患者也表現(xiàn)出Aβ病理學(xué)的改變。臨床研究表明，超過(guò)50%的AD患者表現(xiàn)為病理性TDP-43包涵體。然而，TBI導(dǎo)致AD神經(jīng)病理學(xué)發(fā)展的分子機(jī)制尚不清楚。

在此背景下，德克薩斯州立大學(xué)陳礎(chǔ)教授課題組在Acta Neuropathologica上發(fā)表題為“TDP-43 drives synaptic and cognitive deterioration following traumatic brain injury”的研究論文。該研究揭示了TDP-43在TBI誘導(dǎo)的AD神經(jīng)病理學(xué)以及突觸和認(rèn)知功能下降中的作用。

首先，該團(tuán)隊(duì)以單一輕度的CHI處理5xFAD-APP-TG小鼠與WT小鼠，結(jié)果顯示：APP-TG小鼠高表達(dá)細(xì)胞炎性因子；Aβ累積；TDP-43、AC-Tau、p-tau 181以及β-分泌酶-1（BACE 1）表達(dá)量升高；LTP減弱，GLUR表達(dá)下降，即突觸功能損傷；此外，與WT鼠相比，APP-TG小鼠在新物體附近停留時(shí)間減少，水迷宮中停留時(shí)間增加，即表現(xiàn)出認(rèn)知功能和空間學(xué)習(xí)和記憶能力的缺陷。這些數(shù)據(jù)表明單次輕度CHI會(huì)誘發(fā)AD易感的APP TG小鼠出現(xiàn)AD樣病變和認(rèn)知功能損傷。

圖1：?jiǎn)未屋p度CHI的 APP TG小鼠的NOR和MWM測(cè)試

接著，課題組用慢病毒介導(dǎo)的shRNA干擾TDP-43在兩組小鼠海馬內(nèi)的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輕度CHI導(dǎo)致的AD相關(guān)神經(jīng)病理學(xué)改變以及突觸和認(rèn)知功能損傷在兩種模型中均得到緩解。說(shuō)明過(guò)度表達(dá)的TDP-43是導(dǎo)致TBI后出現(xiàn)AD樣病變的主要原因。

圖2|注射TDP-43-shRNA的小鼠MWM和NOR測(cè)試結(jié)果

鑒于TDP-43在AD中的重要作用，該團(tuán)隊(duì)利用AAV在小鼠海馬內(nèi)過(guò)表達(dá)人源TDP-43。結(jié)果顯示，小鼠海馬內(nèi)過(guò)表達(dá)TDP-43不僅會(huì)引起BACE1、p-GSK3β、AC-Tau、p-Tau和p-NF-κB的表達(dá)升高，也會(huì)引起炎性反應(yīng)。此外，該團(tuán)隊(duì)觀察到在小鼠PSD95和GLUR表達(dá)顯著降低。并且小鼠在NOV和MWM測(cè)試中的表現(xiàn)明顯受損。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明：高表達(dá)的TDP-43誘發(fā)小鼠海馬內(nèi)突觸功能的損傷和學(xué)習(xí)記憶能力的下降。

圖3|高表達(dá)TDP-43的小鼠在NOV和MWM測(cè)試中表現(xiàn)受損

那么TBI如何引起TDP-43過(guò)表達(dá)呢？該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一次輕度CHI后的AD易感小鼠和多次輕度CHI的對(duì)照小鼠的p-NF-kB表達(dá)升高，并且p-NF-κB的表達(dá)與炎性因子的升高有關(guān)。隨后該團(tuán)隊(duì)用細(xì)胞炎性因子在培養(yǎng)的神經(jīng)元中誘導(dǎo)炎性反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)p-NF-κB的表達(dá)量隨著TNF、IL-1β、IL-6表達(dá)升高而增加，并且腹腔注射LPS也導(dǎo)致了腦內(nèi)TDP-43的高表達(dá)。染色質(zhì)免疫沉淀（CHIP）結(jié)果顯示：在TDP-43基因的啟動(dòng)子上存在NF-κB的結(jié)合位點(diǎn)。用藥物或者病毒載體抑制NF-κB通路可以緩解由炎性因子導(dǎo)致的TDP-43高表達(dá)，從而證實(shí)TBI引起炎性因子的升高通過(guò)NF-κB通路促進(jìn)了TDP-43的表達(dá)。

已知TDP-43的累積會(huì)引起細(xì)胞毒性，那么TDP-43是否會(huì)通過(guò)與Tau磷酸化和Aβ斑塊的形成相互作用進(jìn)一步引起AD相關(guān)病理學(xué)改變的加劇呢？該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)干擾培養(yǎng)的PS19 tau TG小鼠海馬神經(jīng)元內(nèi)TDP-43的表達(dá)的同時(shí)可以降低p-GSK3β、p-Tau 181、AT8（p-Tau-S202/T205）和AT5，GSK3β是磷酸化Tau的主要細(xì)胞質(zhì)激酶。而如果干擾GSK3β的表達(dá)，并不會(huì)導(dǎo)致TDP-43表達(dá)量改變，但會(huì)引起磷酸化Tau蛋白的表達(dá)下降。從而證明TDP-43通過(guò)GSK3β影響Tau的磷酸化。于是該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探究了TDP-43是如何影響Aβ累積的。免疫共沉淀和WB分析顯示：TDP-43和BACE1存在相互作用，在培養(yǎng)的5xFAD APP TG小鼠海馬神經(jīng)元內(nèi)的干擾TDP-43表達(dá)可以抑制BACE1的表達(dá)，說(shuō)明TDP-43促進(jìn)Aβ累積是通過(guò)作用于BACE1實(shí)現(xiàn)的。

圖3|TDP-43促進(jìn)Tau磷酸化和BACE1的表達(dá)

總的來(lái)說(shuō)，本文表明TBI觸發(fā)的神經(jīng)炎癥促進(jìn)NF-κB介導(dǎo)的TDP-43的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，TDP-43又通過(guò)與GSK3β和BACE1相互作用來(lái)刺激tau磷酸化和Aβ形成，從而誘發(fā)AD；并通過(guò)免疫學(xué)和行為學(xué)的研究，揭示了TDP-43在TBI誘導(dǎo)的AD神經(jīng)病理學(xué)和突觸和認(rèn)知衰退中的重要作用，并為AD的治療提供了新靶點(diǎn)。