为何压力加速大脑衰老？研究揭示肾上腺素受体异常激活tau蛋白病变机制

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2025年5月20日，加州大学Sushil K. Mahata在Nature communications发表： Chromogranin A deficiency attenuates tauopathy by altering epinephrine–alphaadrenergic receptor signaling in PS19 mice，揭示了嗜铬粒蛋白A缺乏通过改变去甲肾上腺素-α-肾上腺素受体信号传导，减轻了PS19小鼠中的Tau蛋白病变。

代谢紊乱如胰岛素抵抗和高血压，是衰老和神经退行性疾病的潜在风险因素。这些状况在嗜铬粒蛋白A（CgA）敲除小鼠中可以被逆转。已知CgA与包括阿尔茨海默病（AD）在内的神经退行性疾病患者大脑中的蛋白质聚集有关。作者研究了CgA在AD和皮质基底节变性症（CBD）中Tau蛋白病变的作用。在Tau蛋白病变小鼠模型（PS19）中敲除CgA（CgA-KO/PS19）可减少病理性Tau蛋白的聚集与扩散，延长寿命并改善认知功能。对小鼠大脑皮层进行转录组和代谢物分析发现，与野生型小鼠相比，PS19小鼠中α-1-肾上腺素受体（Adra1）表达升高，肾上腺素（EPI）水平也较高，这一现象与AD和CBD患者中的观察结果相似。而在PS19小鼠中敲除CgA后，皮层中肾上腺素水平和Adra1的表达恢复到正常水平。在体外培养的野生型海马器官型切片中，使用肾上腺素或Adra1激动剂处理会促进Tau蛋白的过度磷酸化和神经纤维缠结的形成；而使用Adra1拮抗剂则可抑制这些过程。在CgA缺失的情况下，这些效应不再发生改变。这些研究结果表明CgA参与了Tau蛋白病变的发生发展，并揭示了肾上腺素与Adra1信号通路和CgA之间的相互作用在Tau蛋白病变中的重要作用。

图一 在AD和CBD患者样本以及 PS19转基因小鼠中， CgA的蛋白水平升高

作者测定了AD和CBD患者脑组织裂解液中的CgA蛋白水平。结果显示，在Braak VI期AD患者的额叶皮层和海马裂解液中，CgA蛋白水平显著高于Braak 0-II期患者，且与病理性Tau蛋白磷酸化水平升高相关。而CgA的mRNA水平在不同Braak分期间没有明显变化。对AD患者海马组织的免疫组化分析显示，Braak VI期患者的CgA积累显著高于Braak 0-II期。同样地，在CBD患者的额叶皮层中也发现了CgA水平升高的现象。与人类样本一致，PS19小鼠的皮层蛋白印迹和海马免疫组化结果显示其CgA蛋白水平高于野生型小鼠，但CgA的mRNA水平并无显著差异。使用CgA抗体和错误折叠Tau蛋白特异性抗体对Braak VI期海马组织进行共染色，显示出CgA与聚集的Tau缠结高度共定位。Braak I或Braak 0期海马组织中CgA免疫荧光较弱，且无MC1阳性染色。为了直接测试CgA对神经元中Tau病理的影响，作者培养了转导了AAV2-MAPT（P301S）并用预制合成Tau纤维（K18/PL）处理的原代神经元。加入CgA后，MC1抗体检测到错误折叠Tau物种显著增加，证实了CgA介导的Tau病理增强作用。为了研究CgA缺失本身如何影响Tau磷酸化和神经纤维缠结的形成，从野生型和CgA-KO幼鼠（出生后第7–8天）中分离出海马器官型切片培养物并通过AAV转导TauP301S，再以合成Tau纤维（K18/PL）进行播种诱导。与野生型切片相比，CgA-KO切片中p-Tau和错误折叠Tau物种显著减少。这些观察结果表明，CgA可诱发Tau病理负担，而CgA缺失则能减轻Tau病理。

图二 CgA缺乏减轻Tau蛋白病变

为了系统阐明CgA在Tau介导的神经退行性病变中的作用，作者将PS19小鼠与CgA-KO小鼠杂交获得CgA-KO/PS19小鼠。在九月龄时，尼氏染色结果显示，PS19小鼠出现明显的脑萎缩，海马体积减小。相比之下，CgA-KO/PS19小鼠仅表现出轻微的脑萎缩。尼氏染色脑切片的形态学分析显示，PS19小鼠的齿状回（DG）、CA1和CA3区厚度显著低于CgA-KO/PS19和野生型小鼠。皮层裂解液的蛋白印迹结果验证了CgA-KO/PS19小鼠中CgA的缺失。与PS19小鼠相比，CgA-KO/PS19小鼠中病理性Tau磷酸化水平明显降低。同时，PS19小鼠皮层中CgA水平高于野生型小鼠。此外，PS19小鼠皮层裂解液中突触后密度蛋白95（PSD95）水平显著下降，表明存在突触丢失，而这一现象在CgA-KO/PS19小鼠中得到了缓解。蛋白印迹还显示，CgA-KO/PS19小鼠海马组织中的p-Tau水平也显著降低。与皮层结果一致，海马组织中PSD95的表达在PS19小鼠中减少，在CgA-KO/PS19小鼠中恢复。CgA-KO/PS19小鼠海马组织中p-Tau水平低于PS19小鼠。在九个月大的PS19小鼠海马（DG和CA3区域）中，错误折叠的Tau蛋白数量显著多于CgA-KO/PS19小鼠。这些结果表明，CgA促进了Tau的磷酸化和神经纤维缠结的形成。为了量化PS19与CgA-KO/PS19小鼠皮层中具有播种能力的Tau种子水平差异，作者采用了荧光共振能量转移实验，使用稳定表达CFP/YFP标记的Tau-RD蛋白的HEK293T细胞进行检测。结果显示，CgA-KO/PS19小鼠粗制脑裂解液中的FRET信号较低，表明其Tau播种能力减弱。在三月龄的PS19和CgA-KO/PS19小鼠齿状回中立体定位注射了合成的K18Tau纤维。注射六周后，PS19小鼠对侧海马的CA3区出现了明显的由纤维诱导的Tau病理扩散，而在CgA-KO/PS19小鼠中几乎未见此类扩散，表明CgA促进了Tau的传播。进一步使用Myc和MC1抗体进行免疫组化染色表明，K18纤维诱导的Tau扩散病理来源于内源性Tau的聚集，而非注射的K18纤维本身。CgA-KO/PS19小鼠海马中的突触数量明显多于PS19小鼠，这与皮层和海马裂解液中PSD95水平升高一致。PS19小鼠的突触前神经元中突触囊泡数量明显少于野生型和CgA-KO/PS19小鼠。综上所述，CgA在Tau诱导的神经退行性病变中发挥了促进神经退变的作用。

图三 CgA的缺失改善了PS19小鼠的空间学习与记忆能力，并延长了其寿命

作者对四种基因型的小鼠同胞（野生型、CgA-KO、PS19和CgA-KO/PS19）进行了行为学评估。在Morris水迷宫（MWM）测试中，在训练阶段，与野生型和CgA-KO小鼠相比，PS19小鼠在找到平台前需要游更长的距离、花费更多的时间，并且在整个七天的训练过程中没有表现出学习能力的改善，表明PS19小鼠存在空间学习障碍。相比之下，CgA-KO/PS19小鼠的学习缺陷得到了完全恢复。PS19小鼠进入目标象限所用时间更长，进入次数更少，显示出记忆功能受损，而CgA-KO/PS19小鼠的表现与野生型小鼠无明显差异。值得注意的是，PS19小鼠与CgA-KO/PS19小鼠在体重和游泳速度方面保持相似，表明CgA-KO/PS19小鼠找到平台所需时间缩短并非由于游泳速度更快。在新物体识别（NOR）测试中，CgA-KO/PS19小鼠比PS19小鼠更倾向于探索新物体，表明其短期记忆能力得到改善。此外，在转棒实验中，CgA-KO/PS19小鼠在多次测试中均表现出显著改善的运动功能。综上所述，这些行为学测试结果表明，在PS19小鼠中敲除CgA可以显著恢复其学习和记忆相关的行为表现。接下来，作者测定了PS19与CgA-KO/PS19小鼠的寿命。结果显示，CgA-KO/PS19小鼠的中位寿命延长至13.22个月，而PS19小鼠仅为10.12个月，表明CgA缺失可使寿命显著延长约30%。值得注意的是，57%的CgA-KO/PS19小鼠在12月龄时仍保持相对健康状态，未出现明显的疾病症状；23.6%的CgA-KO/PS19小鼠存活至14.5个月，而此时所有PS19小鼠均已死亡。综上所述，这些研究结果突显了在PS19小鼠模型中敲除CgA所带来的益处：不仅显著改善了认知功能，还有效缓解了早亡现象。

图四 在AD、CBD以及PS19转基因小鼠中，升高的肾上腺素水平通过α-1肾上腺素能信号通路加剧OTSC中的Tau蛋白病变

由于EPI和NE都是肾上腺素受体的内源性激动剂，上述结果提示它们可能都参与了Adra1介导的疾病进展。因此，作者检测了AD患者的前额叶皮层、海马和脑脊液中的EPI和NE水平。与Braak 0-2期样本相比，Braak VI期AD患者的前额叶皮层、海马和脑脊液中均观察到EPI水平显著升高。而在前额叶皮层和海马中，NE水平没有明显变化，脑脊液中的NE水平反而有所下降。与AD样本类似，CBD患者的前额叶皮层样本也表现出比正常对照更高的EPI水平，而NE水平在CBD患者与对照之间无显著差异。AD和痴呆患者的脑脊液中EPI浓度升高，并与疾病进展相关，而患者与非患者之间的NE水平差异不明显。与野生型、CgA-KO和CgA-KO/PS19小鼠相比，PS19小鼠皮层中的EPI和NE水平均显著升高。PS19小鼠血浆中的EPI水平也呈现相似的变化趋势，其NE水平升高，而CgA-KO和CgA-KO/PS19小鼠中的NE水平则未见明显变化。鉴于EPI和NE均无法穿过血脑屏障，这些结果表明CgA可能在调控大脑局部儿茶酚胺生成方面起关键作用。由于EPI在PS19小鼠以及CBD和AD样本中均表现出一致的升高趋势，作者特别关注了EPI的作用。为了测试EPI对Tau病理的影响，在表达P301S人源Tau蛋白并接种K18纤维的野生型器官型切片培养物中进行了EPI处理实验。蛋白印迹和免疫组化分析显示，EPI显著诱导了Tau的磷酸化和聚集，EPI无法诱导Tau的磷酸化或聚集形成。这些观察结果突显了升高的EPI水平在Tau病理发展中的潜在作用，并表明这一过程受到CgA的调控。为进一步验证CgA-EPI-Adra1信号轴对Tau病理的调控作用，作者在器官型切片培养物中同时使用EPI和PR（Adra1拮抗剂）进行共处理。EPI与PR共处理显著降低了EPI诱导的Tau聚集和磷酸化水平，表明EPI是通过激活Adra1信号通路来加重Tau病理的。

该研究首次发现CgA在tau蛋白病变中的作用，扩展了对tau蛋白病（如AD）发病机制的理解。它表明，除了直接针对tau蛋白本身外，调节相关信号通路也可能成为治疗策略的一部分。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-59682-6