摘要
在阿尔茨海默病(AD)患者脑内淀粉样斑块周围发现的萎缩性轴突（即轴突球状体）会损害轴突电传导、破坏神经网络并加剧疾病严重性。针对其形成机制，研究开发了针对人死后脑组织和5×FAD小鼠的邻近标记技术，结合人诱导性多能干细胞（iPSC）模型进行机制研究和光遗传电生理学分析。研究揭示了球状体的亚细胞分子架构，发现蛋白降解、细胞骨架动态和脂质运输等关键过程异常，并证实mTOR通路的激活。mTOR抑制可显著减轻iPSC神经元和小鼠的轴突病理，为神经退行性疾病的治疗提供了新靶点。
主要发现
通过邻近标记蛋白质组学技术，研究团队在人死后脑组织和小鼠模型中分离出斑块相关轴突球状体(PAAS)的蛋白质组。定量分析显示：
- 蛋白降解异常：内体/溶酶体酸化相关蛋白（如ATP6V0A1、RAGC）和自噬通路蛋白（ATG9A、LC3B）显著富集
- 细胞骨架失衡：活化的肌动蛋白细胞骨架信号（RAC1、ARP-WASP复合物）与失活的RHOGDI信号并存
- 脂质代谢失调：载脂蛋白APOE、补体C3和脂质转运蛋白（HDLBP、TMEM30A）表达显著升高
mTOR通路被证实是调控上述过程的关键枢纽。磷酸化mTOR-S2448水平与AD严重程度呈正相关，其抑制可激活自噬并减少球状体体积（小鼠模型中大球状体比例下降52%）。在iPSC模型中，雷帕霉素衍生物Torin1治疗使轴突球状体发生率降低37%，同时改善钙离子稳态。
研究团队开发的长期人源iPSC神经元-星形胶质细胞共培养模型成功再现了斑块周围轴突球状体的形成，并观察到溶酶体累积和磷酸化tau蛋白沉积。纵向钙成像显示，球状体区域的钙离子上升时间延长2.4倍，衰减时间延长1.8倍，证实其对轴突传导的破坏作用。
方法学创新
研究突破在于：
- 首次应用抗体介导的邻近标记技术（基于PLD3蛋白）对死后人脑轴突球状体进行亚细胞级蛋白质组分析，获得821个特异性蛋白
- 建立可长期培养的hiPSC神经元模型，通过AAV介导的基因编辑实现轴突球状体形成的动态追踪
- 开发基于AAV9-hSyn-Cre的mTOR条件敲除小鼠模型，结合FIB/SEM三维重构和活体Puromycylation技术验证局部蛋白合成机制
治疗启示
研究证实mTOR抑制剂Torin1的治疗潜力：
- iPSC神经元中：球状体发生率下降37%（p=0.005），体积缩小28%（p=0.013）
- 小鼠模型中：斑块周围轴突晕面积缩小41%（p<0.0001）
- 作用机制：通过激活TFEB增强溶酶体生物合成（+26%），通过抑制p70S6K减少局部蛋白翻译（-43%）
伦理与数据
研究获得耶鲁大学动物伦理审查委员会批准。原始蛋白质组数据已存入ProteomeXchange（PXD040310），代码可在GitHub获取（包含用于图像分析的Custom FIJI/MATLAB代码库）。研究得到了NIH、阿尔茨海默协会等机构的资助。
补充发现：
- 补体C3在轴突球状体中的表达水平是周围区域的3.2倍，提示其可能通过非经典免疫机制参与病理形成
- 磷脂转运酶ATP8A1/ATP8A2的异常富集揭示了脂质不对称性破坏对轴突运输的影响
- 与传统认知不同，局部mRNA翻译在球状体形成中的作用有限，这为选择性靶向治疗提供了依据
局限性：
- 后死后组织蛋白提取可能存在部分蛋白质丢失
- iPSC模型的快速淀粉样变性过程可能与体内慢性进展存在差异
- 人类神经元与小鼠在脂质代谢相关通路存在种属差异
这项多学科研究为轴突病理在阿尔茨海默病及其他神经退行性疾病中的作用提供了系统的分子图谱和治疗策略框架。
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