6月2日，纽约大学奥兰治堡分校的 Ralph Nixon 和 Ju-Hyun Lee 教授领导的研究团队在《Nature Neuroscience》上发表的一篇报告表明，在五种淀粉样变性病小鼠模型中，充满 Aβ 的酸化不良溶酶体扭曲了神经元的质膜并在细胞核周围形成有毒的玫瑰花结。这些被称为 PANTHOS的花形气泡会产生Aβ原纤维并将蛋白酶分泌到细胞质中，最终导致神经元破裂，留下与斑块负荷相符的淀粉样蛋白核心。
德克萨斯大学圣安东尼奥分校的George Perry教授说：“这项研究表明，淀粉样蛋白在神经元内积累，并且在神经元退化或死亡后聚集。”
加州大学欧文分校的 Charles Glabe教授也表示，细胞内 Aβ 会致使神经元死亡，并在轻度认知障碍患者的大脑中形成斑块。Aβ病理是由内而外还是由外而内，是需要解决的最重要的问题之一。
Ralph Nixon及其同事在研究自噬-溶酶体系统在阿尔茨海默病中的作用时发现了 PANTHOS。 研究人员对这种降解途径在AD等神经退行性疾病中的作用很感兴趣，但一直难以追踪大脑中自噬溶酶体的变化。为了克服这个问题，Lee教授使用表达自噬标记LC3的转基因动物，并结合两种染料进行研究：一种在溶酶体呈酸性时发出红色荧光，另一种仅在 pH 值超过 6.0 时才发出绿光。实验中Thy-1 启动子确保只有神经元产生这种串联荧光 LC3 的报告基因 (tfLC3)。
Lee教授将tfLC3小鼠分别与五种淀粉样变性模型进行了杂交：TgCRND8，PS/APP，5xFAD，Tg2576和APP51。前三组在5个月时开始形成淀粉样斑块，Tg2576和APP51组分别在大约12个月和20个月时形成淀粉样斑块。
研究人员使用共聚焦显微镜在转基因小鼠出现斑块的前几个月检测了它们皮质切片中的荧光。与tfLC3对照相比，转基因组酸化不良自溶酶体的数量是对照组的四倍。阿德莱德南澳大利亚卫生和医学研究所的Tim Sargeant教授说：“在淀粉样蛋白斑块积聚之前，神经元中自溶酶体的pH值就增加了。”
研究人员认为vATP 酶是罪魁祸首。它们将质子泵入溶酶体，致使质子的活性在斑块首 次出现之前就下降了 35%，随着溶酶体增多，它们的活性下降了50%。
当溶酶体 pH 值保持较高水平时，蛋白酶无法有效清除细胞碎片，如 Aβ。40%的幼龄小鼠的皮层神经元含有 β-CTF/Aβ 的点状物，且几乎都在酸化不良的自溶酶体内。 Lee教授称，这些小泡还包括短的、部分形成的 Aβ 原纤维。
随着小鼠年龄的增长，自噬过程恢复。细胞核周围肿胀的囊泡使质膜膨胀，细胞体变形为 PANTHOS 形状，细胞核周围有膨胀的溶酶体花瓣（如下图）。在五个小鼠模型中均发现了这种形状的神经元。 纽约西奈山伊坎医学院的岳振宇教授对PANTHOS 花瓣中自溶酶体堆积的极端程度感到惊讶。他表示，这种现象表明了自噬发生了大规模上调并给细胞造成损伤。
PANTHOS 在Tg2576（左）、5xFAD（第二）、TgCRND8（中）、PS/APP（第四）和 APP51（右） 老鼠中，含有一个核中心（黑色），周围环绕着低酸化的自溶酶体（黄色）[Courtesy of Lee et al., Nature Neuroscience, 2022.]
为了更好地了解这一现象，研究人员对5xFAD/LC3 小鼠的皮层神经元进行了深入研究。研究发现，在刚刚形成斑块的 2.5 个月大的小鼠中发现，Aβ 原纤维在自溶酶体和细胞核周围的小管中积累，这些小管是由内质网膜形成的；自噬囊泡可以虹吸雌激素受体使其自身的肿胀膜。
那么为什么以前没有人检测到这些核周 Aβ 原纤维呢？ Ralph Nixon教授表示，如果不对神经元进行三维重建，就很难判断原纤维是位于细胞内部还是外部。他们团队也是在观察关联同一PANTHOS细胞的荧光和电子显微镜图像之后，才意识到管状结构位于完整的细胞内。
随着 PANTHOS 神经元退化，几乎所有神经元都含有致密的淀粉样蛋白核心。 在小鼠 2.5 个月大时，一半的 PANTHOS 神经元是硫代黄素-S阳性的，6个月大时，几乎所有的神经元都呈阳性，此时这些动物已经出现了全面的斑块。Ralph Nixon教授说：“PANTHOS 神经元虽然是完整的细胞，但看起来很像斑块。” 值得注意的是，研究人员注意到一些硫代黄素-S阳性 PANTHOS 神经元已经破裂，它们的内容物与来自邻近细胞的碎片混合在一起，形成了一个具有多个致密核心的大淀粉样蛋白斑块（下图）。
在小鼠的脑组织切片中，三个 PANTHOS 神经元充满自溶酶体（红色），每个神经元都携带一个硫代黄素-S阳性核心（蓝色），并合并形成一个具有多个致密核心的大淀粉样蛋白斑块。[Courtesy of Lee et al., Nature Neuroscience, 2022.]
瑞典隆德大学的 Perry 和 Gunnar Gouras 教授表示，虽然一些斑块可能以这种方式从神经元胞体形成，但其他斑块是来自营养不良的神经轴和突触。突触在 AD 早期受到影响，致使早期突触功能障碍、大量自噬泡积累和神经元死亡。 尽管如此，Lee教授还是坚持，至少在老鼠身上，大部分斑块是通过 PANTHOS形成的；而使用3D6抗体标记斑块时，发现所有抗体结合都存在于 PANTHOS 病变中。
斑块也会通过人体内的 PANTHOS 形成吗？ 研究人员对三名在 Braak II 期死亡的成年人的前额叶皮层组织的分析表明，一些神经元中存在相同的核周自噬溶酶体和淀粉样蛋白原纤维。
总之，这些发现表明，在小鼠出现斑块前几个月，神经元内的 Aβ 在有缺陷的溶酶体中积累，这会扭曲并致使神经元死亡，留下淀粉样斑块（下图）。 伦敦大学学院的 Rick Livesey 教授说：“这项研究证明溶酶体功能障碍是阿尔茨海默病最重要的致病过程。”
这个模型显示了酸化不良的自溶酶体（紫色）如何聚集在神经元胞体（左）中，推出细胞膜形成 PANTHOS 花瓣（中）。 溶酶体开始分泌蛋白酶（粉红色）和 Aβ 原纤维（灰色波浪线），并聚集在细胞核周围的溶酶体小管中。 过度填充的神经元与附近的 PANTHOS 细胞碰撞并破裂（右），聚集神经胶质将淀粉样蛋白碎片变成更大的斑块。[Courtesy of Lee et al., Nature Neuroscience, 2022.]
在衰老小鼠中，小胶质细胞聚集在已经破裂的 PANTHOS 神经元中，研究人员认为这些胶质细胞有助于清除弥漫性 Aβ 并将其包裹形成致密的核心斑块；其次，上调溶酶体 pH 值可能会预防这些下游疾病。
在初步实验中，Lee 教授试图通过给予 5xFAD 小鼠异丙肾上腺素来恢复溶酶体功能。他发现，这种用于治疗心律问题的 β-肾上腺素能激动剂可以促进 AD 患者来源的成纤维细胞中的溶酶体酸化和功能。 且到目前为止，用异丙肾上腺素治疗动物的 PANTHOS 神经元的研究案例比较少，这项研究还有很长的路要走。
宁波易赛腾生物科技有限公司 李福云编译
原文链接：
Behold PANTHOS, a Toxic Wreath of Perinuclear Aβ That Kills Neurons | ALZFORUM
https://www.alzforum.org/news/research-news/behold-panthos-toxic-wreath-perinuclear-av-kills-neurons
