源于FTD-PSEN和FTD-tau患者的hiNs中病理性tau的表型及扩散机制研究

Tauopathies such as Alzheimer's disease (AD) and Frontotemporal dementia-tau (FTD-tau) are human-specific neurodegenerative diseases. Model systems based on human patient neurons, such as those harboring endogenous mutations linked to tauopathies, are invaluable to study the pathological mechanisms of these disorders. Previously, we reprogrammed adult human skin fibroblasts to a forebrain CNS neuron phenotype, termed human induced neurons (hiNs) via directed conversion. In this proposal, hiNs will be induced from the fibroblasts of unaffected individuals (UND), of AD patients and FTD-tau patients and used as a model to investigate mechanisms of pathological tau phenotypes. Firstly, we will examine mechanisms that underlie the generation of modified tau species associates with disease, the roles of environmental stressors, and the impact modified tau species on neuronal properties such as fast axonal transport and basic physiological parameters. Secondly, we will focus on mechanisms for the propagation of tauopathy in the CNS across neurons, after it has been initiated. We explore the hypothesis that tau pathology can spread through trans-synaptic or other extracellular release processes in CNS neurons. An additional aspect of the proposed work is to investigate whether FTD or AD mutations promote such trans-neuronal tau pathology propagation, and how they may do so. For instance, we will test whether hiNs of AD or FTD-tau patients promote trans-synaptic spread of tau to an unaffected neuron. A number of recent studies have used artificial overexpression systems to query the transcellular spreading of tauopathies; however it is essential to model this process in an authentic human neuronal system with endogenous tau expression. Lastly, it will be an attractive approach to screen for functional blocking antibodies that may inhibit the intracellular tau phenotypes in hiNs from FAD-PSEN and FTD-tau, as well as to address tau spreading.

阿尔茨海默病（AD）和额颞叶痴呆（FTD）患者中常见tau的病理性改变，建立tau相关疾病的神经元模型系统对于探究这些疾病的病理机制具有重要价值。本课题组已通过直接转化成功将成年人皮肤成纤维细胞重编程为具有中枢神经系统前脑神经元表型的神经元，称为人诱导神经元（hiNs）。本研究拟首先分别从正常人、家族性AD（FAD）和FTD患者皮肤成纤维细胞诱导出hiNs，探究疾病相关tau蛋白异常修饰的发生机制和环境应激原以及潜在毒素在其中的作用，并检测异常内源性修饰的tau蛋白对hiNs神经特性如快速轴突运输等的影响。其次，探究内源性病理性tau是否具有类似阮病毒扩散的机制，并揭示FAD或FTD基因突变对病理性tau扩散是否有促进作用以及可能的机制。最后，利用FAD和FTD患者来源的hiNs细胞对可能抑制胞内病理性tau产生的功能阻断性抗体进行筛选，寻找针对tau蛋白扩散机制潜在的治疗方案及手段。

阿尔茨海默病（AD）和额颞叶痴呆（FTD）是神经退行性疾病中典型的tau蛋白病理性病变，建立tau相关的神经元模型系统对研究这些疾病的病理机制和探索治疗这些疾病的方法具有重要的意义。本课题组成功将正常成年人，家族性AD（FAD）和FTD患者的皮肤成纤维细胞直接转化为具有中枢神经系统前脑神经元表型的神经元，称为人诱导神经元（hiN），探究疾病相关tau蛋白异常修饰的发生机制。其次，检测异常内源性修饰的tau蛋白对hiNs神经特性如快速轴突运输等影响。其次，探究FAD或FTD基因突变对病理性tau扩散是否有促进作用以及可能的机制。再次，通过利用细胞重新程序化技术获取了不同APOE基因型的hiN细胞，研究了APOE4对阿尔茨海默病发病机制的影响。最后，我们还研究了生理功能的tau蛋白缺失对于神经元骨架的影响以及可能导致的tauopathy的病理基础。我们检测到磷酸化tau在FAD－PSEN组及FTP－tau组中明显高于无疾病正常人体组；我们发现异常内源性修饰的tau蛋白对人诱导神经元的快速轴突运输（线粒体）没有影响，但是可能直接或间接的引起了微管的自身聚合和解聚行为的改变，微管聚合体似乎相对过于稳定，因此可能对轴突生长和抵御外来伤害性刺激的能力有负影响； 我们确认了疾病累及的hiN中的病理性tau可以更多的扩散进入正常神经元内，从而证明了FAD／FTD中病理性tau蛋白可以较多的扩散入临近细胞。内源性的tau对病理性tau扩散不是必要的。神经元对生理性的tau的uptake是可以忽略的。我们发现FAD和FTD的hiN细胞培养外周液中分泌的tau蛋白明显高于来自正常人体的hiN细胞外培养液。同时，抑制神经元的兴奋性活动可以降低病理性tau分泌。利用transferrin 显示的受体介导的转运动力学分析也显示了ApoE3/E4 的hiN 细胞中内吞增快的趋势，这种增强可以被细胞外的抗ApoE4 的抗体阻断，提示了神经元自体在ApoE4 引起的内涵体表型的细胞机制。Tau蛋白缺失后酪氨酸化微管减少而且轴突微管转向能力下降，我们也进一步证明了，不同以往的的认识，tau不是和微管stable domain结合，而是与微管的labile domain结合。综上所述，我们的研究结果为揭示tauopathy的发病机制提供了有价值的数据，为寻找治疗靶点和发展新的治疗策略提供了理论依据。