2022年6月2日，伦敦大学学院英国痴呆研究所Karen E. Duff课题组与美国华盛顿大学医学院再生医学中心Andrew S. Yoo课题组合作在Cell Stem Cell上发表了文章Recapitulation of endogenous 4R tau expression and formation of insoluble tau in directly reprogrammed human neurons论文，揭示了miRNA诱导人源成纤维细胞重编程的神经元(miNs) 能够表达出6种tau蛋白亚型，且3R和4R tau蛋白表达与健康成人大脑中表达同比例；而源于tauopathies患者（3R/4R tau蛋白比例失衡为主要病理机制）的miNs表现出4R tau蛋白增加和不可溶tau蛋白的形成，重现了体内tau蛋白病理改变。此体系可以为研究tau和外显子10突变相关的tauopathies提供了一个稳定的模型，将有助于阐明tau相关的病理机制。
miR-9/9*和miR-124 (miR-9/9*-124) 在胎儿和成人大脑中广泛表达，参与调节细胞增殖和神经元分化。Andrew S. Yoo课题组已于2021年揭示了miR-9/9*-124作为重要的重编程因子，能够消除人类成纤维细胞特质，然后诱导向神经元均匀转化。
miNs能够表达神经元相关的标志蛋白与tau蛋白
首先，研究者通过miR-9/9*-124, ISX9和MYT1L诱导健康人成纤维细胞转化为神经元(miNs)，免疫荧光染色发现诱导30天后 (post-induction 30, PID 30) miNs不仅表达神经元细胞粘附分子1 (NCAM1)、神经丝重链(NEFH)和微管相关蛋白2 (MAP2) 等神经元相关标志蛋白，还可以重现人体内源性tau蛋白的表达和结构。qPCR结果同样表明，与成纤维细胞相比，miNs高表达MAP2, NEFL, MAPT和VGLUT1等神经元相关基因，同时特异性驱动向皮质转化（TBR1, MEF2C, BRN2 和NEUROD2等皮质相关基因升高）。进一步，单细胞转录组测序 (scRNA-seq) 结果发现，与成纤维细胞相比，miNs和诱导多能干细胞衍生的神经元 (iPSC-Ns) 均能广泛表达神经元相关基因。由此说明，此体系可以成功将人源成纤维细胞转化为神经元。
miNs中tau蛋白表达及比例（约1:1）与健康成人大脑相似
随后，研究者充分表征了miNs的特性。由于直接重编程神经元能够有效维持细胞年龄特征，scRNA-seq发现miNs主要表达CDKN1A (p21)、CDKN2A (p16)、BAG3和CAV1等高龄标记物，而iPSC-Ns高表达EPH3A和BCL2等胎儿相关标志物。进一步，RNA-seq结果表明miNs和成人大脑均显示出较强的外显子10信号，而在胎儿神经元和iPSC-Ns中明显缺失。由于外显子10编码R2直接决定4R tau蛋白的形成，因此，在基因水平，研究者采用半定量PCR (sq-PCR) 发现miNs表达的tau mRNA中4R tau占50.3%, 这与健康成人脑样本4R tau的表达量相当，而胎儿样本和iPSC-Ns主要表达3R tau mRNA。在蛋白水平，研究者利用蛋白质组学和免疫印记发现，miNs产生了类似于成人大脑内源性4R tau蛋白的表达，而在胎儿样本和iPSC-Ns中，1N、2N和4R肽段的表达量不足tau异构体总和的3%。更为重要的是，随着PID15-24天的时间进程，3R和4R tau均以 1:1比例表达。以上结果说明，源于健康成人的miNs tau蛋白表达谱及比例与健康人大脑相似。
IVS10+16 miNs能够重现患者大脑4R tau蛋白的高表达和不溶性tau蛋白的形成
最后，研究者为了进一步检测miNs能否重现病理状态下体内tau蛋白的改变，采用同样的方法将一种家族性tau突变（即IVS10+16 C>T内含子剪接位点的点突变，导致4R tau mRNA 增加约2-4倍）患者的成纤维细胞直接重编程为神经元 (IVS10+16 miNs)，转化效率与健康miNs相似。然而，相对于健康人miNs，IVS10+16 miNs中外显子10包涵体显著增加，4R与3R mRNA比率增加1.46倍，三种4R tau蛋白水平增加1.31-1.41倍。同时，IVS10+16 miNs增加了不溶性tau蛋白的表达（AT8, CP13, MC1, PHF1和TOC1等tau蛋白高表达）和传播能力，当应用tau siRNA可以有效地减少CP27阳性不溶性tau蛋白的表达；值得注意的是，在IVS10+16 iPSC-Ns中没有观察到该现象。这一结果提示，源自3R与4R比例失调患者的miNs可以敏锐的重现在体病理状态下tau蛋白的表达情况。
综上所述，本研究通过miRNA可以将成纤维细胞直接重编程为神经元，能够成功再现健康或病理状态下成人大脑tau蛋白的表型与表达，将为阐明tau病理机制提供了有效的体外模型。但此模型也有自身局限性，由于tauopathies患者衍生的成纤维细胞是稀少的，这就要求需要收集更多的患者样本才能有效地利用此模型解决更重要的问题。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.stem.2022.04.018
