2020年4月，美国德克萨斯州休斯敦贝勒医学院赫芬顿衰老中心Hui Zheng团队在MOLECULAR PSYCHIATRY发表论文TFEB regulateslysosomal exocytosis of tau and its loss of function exacerbates tau pathologyand spreading，发现转录因子EB（TFEB）是溶酶体生物发生的主要调节因子，在tau蛋白的溶酶体胞吐中起着重要作用，有益于AD的治疗。
tau蛋白疾病包括额颞叶痴呆和最常见的阿尔茨海默症（AD），其特征是细胞内神经原纤维缠结（NFT）的积累。迄今为止，大多数AD临床试验都针对清除Aβ沉积。但到目前为止，Aβ疗法在临床试验中屡屡宣告失败，一个可能的原因是Aβ疗法需要在tau蛋白大量积累之前使用，以产生明确的治疗效应。新皮层中的tau病理与认知下降的联系比Aβ聚积更加紧密，因此越来越多的研究开始着眼于开发AD和其他tau通路疾病的tau蛋白疗法。
研究表明tau聚集体可以穿过细胞膜，随后扩散到突触连接区域的其他细胞中，导致细胞间转移或阮病毒样 tau病理学的传播。已有文献报道tau的微管结合重复（MTBR）区域内的序列对于成核至关重要，一些不溶的tau和可溶的单体或者聚集物tau中显示出播种和传播的特性，这种具有播种和传播特性的tau都含有MTBR序列。从人类脑脊液、诱导的人类多能干细胞（iPSC）衍生的神经元和小鼠神经元培养物中检测到的tau在MTBR序列之前被，因此无法播种和聚集。这些发现提出了一个问题，即这些截短的tau在哪里产生，它们是如何分泌的，功能是什么？在这里，本文提出，转录因子EB（TFEB）是溶酶体生物发生的主要调节因子，它对MTBR截短、tau的清除有很强的作用，其活性取决于TRPML1通道。
截短
1，TFEB功能丧失可降低PS19小鼠脑组织间液（ISF）中的tau
由于TFEB已被证明通过自噬和溶酶体的胞吐促进细胞中病理tau和神经纤维缠结的清除，本研究希望探讨除了自噬溶酶体途径，TFEB是否还可以通过其他途径调节tau的清除。因此，该团队使用特异性敲除神经系统TFEB的小鼠（cKO）与PS19 tau转基因小鼠杂交，发现TFEB-cKO对自身ISF-tau没有影响，但是可以显著降低PS19小鼠ISF-tau（图1），然而TFEB cKO并不能降低PS19小鼠脑组织中tau。这些结果表明ISF中tau蛋白的变化主要是由TFEB介导的，而不是细胞内源tau蛋白改变的结果，TFEB在介导体内突变tau蛋白的释放中发挥着生理作用。
图1. TFEB功能丧失可降低PS19中的ISF tau，但不会降低野生型小鼠的ISF tau
2，体外实验表明TFEB介导截短突变tau的释放
该团队进一步使用了两种tau抗体：一种可以识别tau的中间结构域区域，但无法区分MTBR截短形式或含MTBR的形式（Tau5，aa 210-241）；另一种则特异性结合MTBR区域（K9JA，aa 243-441）。用含有P301L突变的人AAV-tau蛋白感染细胞，发现尽管ELISA检测到的两种细胞内tau水平相当，但K9JA/BT2 ELISA检测的细胞外tau明显低于中间结构域ELISA（Tau5/BT2）检测的tau水平（图2）。这一结果表明，TFEB介导了培养的原代神经元中MTBR截短tau蛋白的释放，并可能在PS19小鼠的大脑中发挥作用。
为了评估tau截短是否在溶酶体内发生，该团队通过检测溶酶体中间结构域（Tau5/BT2）和MTBR区域（K9JA/BT2）水平，发现Tau5/BT2信号显著高于K9JA/BT2，表明tau截短发生在溶酶体中。接下来，本文使用TFEB KO和TFEB家族成员（包括TFEB，MITF和TFE3） KO的HeLa细胞，探索了TFEB依赖性tau释放的机制。qPCR分析显示，与野生型HeLa细胞相比，经Torin1（一种mTOR抑制剂）处理后TFEB溶酶体基因mRNA水平降低，并促进了TFEB的核转移和活化。
而后，该团队将携带P301L突变的人tau基因转染到这些细胞，发现与野生型HeLa对照组相比，TFEB-KO和TFEB家族成员KO（TKO）细胞外/细胞内tau比值显著降低。将人P301L tau转染到过表达TFEB的HeLa细胞中，然后测量培养基和细胞裂解物中的tau水平，结果表明TFEB 过表达可导致TFEB的溶酶体靶基因表达增加，细胞外/细胞内tau比值的显著增加。而后，该团队使用R406W突变tau额颞叶痴呆患者和对照的iPSCs神经元，发现Torin1处理诱导突变型tau的释放，但不诱导野生型tau的释放。
这些结果都表明了TFEB在生理或过表达条件下特异性介导突变体而非野生型tau蛋白释放。
图2. TFEB介导原代神经元截短突变tau的释放
3，TFEB介导的tau释放依赖于TRPML1
TRPML1是TFEB的靶标，可介导TFEB下游的溶酶体胞吐作用。研究发现，过表达TRPML1对WT细胞中的细胞外tau蛋白水平没有明显影响，但是过表TRPML1在TKO细胞中的表达显著上调了细胞外tau蛋白水平和细胞外/内tau蛋白比值，但对细胞内tau蛋白水平没有明显影响，说明TRPML1介导TFEB下游的tau胞吐作用。
为了验证TRPML1是否还介导tau在神经元中的释放，该团队使用TRPML1特异性抑制剂ML-SI1和YM201636处理表达P301L tau的神经元，结果观察到tau释放的显著减少，而在TFEB-cKO细胞中tau释放量则进一步降低。
4，TFEB功能丧失导致tau释放减少与细胞内病理和扩散有关
为了研究TFEB-KO在病理性tau积聚中的功能作用，该团队首先将rTg4510 tau转基因小鼠的脑组织裂解物接种于AAVtau-P301L感染的神经元，诱导tau过度磷酸化和错误折叠。与对照组相比，TFEB cKO增加了错误折叠的和磷酸化的tau蛋白数量（图3）。结果表明在tau扩散模式下，TFEB介导的突变tau蛋白的胞吐与其在神经内的积累呈负相关。
同窝
对12月龄的PS19和PS19/TFEB-cKO小鼠检测发现，TFEB cKO可以使磷酸化tau显著增加。将rTg4510 tau转基因小鼠的脑裂解液注射到2-3月龄的PS19或PS19/TFEB-cKO小鼠的一侧海马中，注射6周后，发现PS19小鼠的同侧和对侧海马中均可检测到错误折叠的tau，而PS19/TFEB-cKO小鼠错误折叠的tau显著增加（图3）。以上结果提示，PS19/TFEB-cKO小鼠中ISF tau的减少与磷酸化tau病理和扩散的增加有关。
图3. TFEB cKO在体内和体外增强tau病理
5，总结与展望
本文证明了TFEB在介导体内突变tau蛋白的释放中发挥着重要的生理作用，可显著降低PS19小鼠的ISF tau，且TFEB介导了原代神经元中MTBR截断tau蛋白的释放，并可能在PS19小鼠的大脑中发挥作用；此外TFEB介导的tau释放依赖于TRPML1，TFEB功能丧失会导致tau释放减少。考虑到NFTs与AD临床进展之间的相关性，针对有毒tau蛋白和NFTs的策略越来越被认为是有前景的治疗方法，本文的发现对于细胞外和细胞内tau靶向均具有重要意义，揭示了TFEB在介导tau胞吐中的生理作用，并且阐述了该途径有效促进tau清除的分子机制，有助于基于tau蛋白的AD治疗方法的探索。
参考文献：
Xu Y, Du S, Marsh JA, Horie K, Sato C, Ballabio A, Karch CM,Holtzman DM, Zheng H (2020). TFEBregulates lysosomal exocytosis of tau and its loss of function exacerbates taupathology and spreading. Mol Psychiatry.
编译作者：胖兔子可可 (Brainnews创作团队)
校审：小言、Simon (Brainnews编辑部)