2024年6月28日，加州大学旧金山分校 Kenneth S. Kosik团队在PNAS发表“TMEM16F exacerbates tau pathology and mediates phosphatidylserine exposure in phospho-tau-burdened neurons”，揭示表明TMEM16F加剧了tau病理性改变，并介导了富含磷酸化tau蛋白神经元中的磷脂酰丝氨酸暴露。
跨膜蛋白16F（TMEM16F）又称Anoctamin（ANO）6,是在多种细胞中表达的跨膜蛋白Anoctamin家族中的一员。TMEM16F是一种钙激活的磷脂 scramblase 和非选择性离子通道，它能够促进磷脂在细胞膜上的双向移动。尽管TMEM16F在多种细胞类型中的功能已被广泛研究，但它在中枢神经系统中的作用并不清晰。作者旨在探究大脑中的TMEM16F如何可能参与神经退行性变，使用PS19小鼠模型，PS19鼠是指一种转基因小鼠模型，特别设计用于研究 tau 蛋白病（tauopathy），如阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）等神经退行性疾病。"PS19"这个名字来源于该模型中表达的人类tau蛋白的一种特定突变形式，这个突变与额颞叶痴呆（frontotemporal dementia, FTD）和Parkinsonism相关，且与 tau 蛋白异常磷酸化和纤维化紧密相关，这些是 tau 病理的核心特征。发现在6至7月龄的PS19小鼠中，缺失TMEM16F可以减少tau病态和小胶质细胞炎症。当仅从神经元中缺失TMEM16F时，在PS19小鼠中观察到了病理减少的再现；而从小胶质细胞中缺失TMEM16F并未在该时间点明显影响tau病态。这些研究提出了针对神经元中的TMEM16F作为潜在神经退行性疾病治疗靶点的可能性。
1. TMEM16F缺失减轻了Tau病理性改变
为了探究TMEM16F如何影响 tau病理，作者通过将TMEM16F敲除（KO）小鼠与PS19小鼠杂交，生成了PS19+ TMEM16F野生型（PS19+ 16F WT）和PS19+ TMEM16F KO（PS19+ 16F KO）小鼠。在3月龄的PS19+ 16F WT和PS19+ 16F KO小鼠中评估时，发现两种基因型的小鼠海马神经元中均未出现超磷酸化tau（AT8染色阳性），表明完全敲除TMEM16F并不会在年轻小鼠中加剧疾病进程。在6月龄时，与PS19+ 16F KO同窝小鼠相比，PS19+ 16F WT小鼠的CA1锥体神经元内含有更多的超磷酸化tau。虽然并非所有PS19+ 16F WT小鼠都表现出这种明显的AT8阳性染色，但那些表现出来的个体在此区域内有更多AT8阳性的神经元。鉴于先前研究显示PS19小鼠海马区的tau蛋白病能诱导强烈的胶质细胞反应，作者探究了PS19+ 16F KO是否也影响胶质细胞增生表型。在脑内，胶质细胞应对神经退行性变时常会增殖，从而增加胶质细胞密度，通常会加重神经损伤。作者利用胶质细胞密度作为胶质细胞增生的指标，从三个区域计数，并发现与无tau蛋白病的对照PS19− 16F WT小鼠相比，PS19+ 16F WT小鼠的海马区胶质细胞数量更多。在tau蛋白病小鼠中敲除TMEM16F可以将胶质细胞密度恢复至对照小鼠水平。这些数据提示，在PS19小鼠模型中，TMEM16F参与了tau病理过程。
2. 胶质细胞中TMEM16F功能在Tau病理中的作用
在发现缺失TMEM16F能减轻海马神经元中的tau病理性改变以及PS19+ 16F KO小鼠中的胶质细胞增生后，作者接下来探究哪些细胞类型可能参与这一效应。神经元中的磷酸化tau可以转移到其他神经元或直接分泌到细胞外空间，也可以通过细胞外囊泡（EVs）进行转移。通过EVs传递tau也可能涉及胶质细胞，它们吞噬死亡的神经元并可能被释放到细胞外空间的各种分子激活。在tau病中，胶质细胞未能完全吞噬和降解tau聚集体可能导致tau寡聚体的释放。由于胶质细胞中缺失TMEM16F已被证明在神经病理性疼痛状态、脊髓损伤和阿尔茨海默病中具有保护作用，作者探究了从胶质细胞中去除TMEM16F是否能缓解tau病。为此，通过将Cx3cr1-Cre TMEM16F flox/flox（mG-Cre+ 16Ffl/fl）小鼠与PS19小鼠交配来从胶质细胞中缺失TMEM16F。在7月龄的小鼠中，在tau病PS19+ mG-Cre− 16Ffl/fl小鼠中检测到了tau病理改变和胶质细胞增生，而在对照PS19− mG-Cre− 16Ffl/fl小鼠中则未观察到。因此，作者选择这个时间点来分析条件性敲除小鼠。在PS19+ mG-Cre− 16Ffl/fl小鼠和那些在胶质细胞中条件性敲除TMEM16F的PS19+ mG-Cre+ 16Ffl/fl小鼠中，CA1区富含磷酸化tau的神经元数量无显著差异。与PS19+ mG-Cre− 16Ffl/fl小鼠相比，从胶质细胞中去除TMEM16F并未显著减少PS19+ mG-Cre+ 16Ffl/fl小鼠中的胶质细胞密度。因此，在6至7月龄的时间点，胶质细胞中的TMEM16F对tau病的贡献不大。
3. TMEM16F缺失对磷酸化Tau负荷神经元磷脂酰丝氨酸暴露的影响
为了探究神经元中的TMEM16F如何影响Tau病理，作者旨在研究TMEM16F如何作用于携带磷酸化Tau负担的神经元。采用了一种体外神经元模型，通过检测来自对照16F野生型、16F敲除型、PS19+ 16F野生型及PS19+ 16F敲除型小鼠的原代海马神经元，在培养的神经元中引入病理性Tau并进行分析。经过三周的培养后，PS19+ 16F野生型神经元显示出AT8阳性染色，而对照组神经元则没有。PS19-神经元中不存在过度磷酸化的Tau蛋白。作者发现尽管PS19+ 16F野生型和PS19+ 16F敲除型神经元均发展出了过度磷酸化的Tau，但两种条件下AT8信号量并无差异。以往研究表明，来自PS19小鼠的、携带磷酸化Tau负担的神经元会异常暴露磷脂酰丝氨酸，这可能导致早熟的吞噬作用(efferocytosis)。因此，推测TMEM16F可能在PS19小鼠的神经元中暴露磷脂酰丝氨酸过程中发挥作用。结果发现在Tau病理性PS19+ 16F野生型神经元中，磷脂酰丝氨酸的暴露程度高于对照PS19- 16F野生型神经元。同时还发现，在PS19+神经元中敲除TMEM16F能将磷脂酰丝氨酸的暴露水平降低到对照PS19-神经元的水平。这些数据表明TMEM16F促进了磷脂酰丝氨酸的暴露，这一过程最终可能影响了Tau病模型小鼠的病理发展。
总之，在6至7月龄的PS19小鼠中，缺失TMEM16F减少了tau病理特征，这一表型与从神经元而非小胶质细胞中缺失TMEM16F有关。这些发现为未来研究提供了基础，并为在tau蛋白病中针对性地靶向TMEM16F治疗提供了可能的方向。
https://doi.org/10.1073/pnas.2311831121
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