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阿尔茨海默病（AD）的特征病理之一是过度磷酸化的tau蛋白聚集形成神经原纤维缠结，tau在神经原纤维缠结中组装出两种类型的淀粉样细丝，成对存在，分别为螺旋细丝和竖直细丝。
Tau的组装从蓝斑和跨内嗅皮层开始，在数年的时间内，逐渐扩展至边缘系统和新皮层中的突触连接区域。细胞和小鼠研究表明，这是一种类朊病毒的传播形式，包括组装的tau的细胞内运输、细胞间转移和播种聚集。这些过程需要载体的搭载，近年来的研究给出的答案是：细胞外囊泡（EV）。
不过确认载体的身份只是第一步，组装后的tau的分子种类和结构、搭载它们的EV的具体类型，以及组装的tau如何与EV结合，都还不清楚。
今天，《自然·神经科学》杂志上发表的一项研究回答了这些问题，伦敦大学学院英国痴呆症研究所和英国医学研究委员会分子生物学实验室的研究人员对AD患者来源的大脑EV进行了研究，他们发现，螺旋细丝和竖直细丝是由截短的tau形成的，它们被“拴在”富含内溶酶体蛋白的EV界膜上。这些发现将为靶向EV相关tau的潜在AD治疗和生物标志物策略提供基础[1]。
研究人员使用密度梯度离心法从AD患者死后快速冷冻的额叶和颞叶皮层以及海马中分离出EV。这些EV被分为8组，其中1-3组富含质膜相关蛋白，表明主要是微泡，4-6组富含内溶酶体蛋白，表明主要是外泌体，7-8组富含线粒体蛋白，与2021年时新发现的线粒体细胞外囊泡相一致。
8组EV的亚细胞定位
结合分离的EV的免疫印迹结果和tau组装细胞模型，研究人员发现，EV中为组装的截短tau，主要富集在含内溶酶体蛋白的EV中。
接下来，他们使用冷冻电镜分别对分离出的1组、4-6组和8组EV进行了成像，在4-6组中观察到了螺旋状的细丝，根据尺寸和螺旋交叉间距判断类似于tau螺旋细丝和竖直细丝，而1组和8组中没有观察到tau细丝。随后的抗体检测确认了tau螺旋细丝和竖直细丝的身份。计数显示，大约每1000个4-6组EV中就有1个含有tau细丝。
利用冷冻电子断层扫描，研究人员重建了含tau细丝的EV的分子分辨率图像，可以看到细丝存在于EV腔内，EV有完整的界膜。EV中的细丝数量不同，从3个到50个以上不等。
含tau细丝的EV的图像
根据细丝的断层截面，研究人员能够分离出tau螺旋细丝和竖直细丝，这得到了单丝测量的支持。Tau细丝的平均螺旋交叉为80nm，横截面尺寸介于7-20nm，与以前发现的tau螺旋细丝和竖直细丝的尺寸相一致。Tau细丝的长度介于75-500nm，比以前在神经原纤维缠结中观察到的要短。
从冷冻电子断层扫描的重建图像可以看出，每个EV中至少有一根tau细丝被“拴”在EV腔内侧的界膜上，并且结合的位置都是细丝末端，剩余的细丝与被栓的细丝相接，形成了细丝网络，研究人员没有观察到自由漂浮的细丝。
tau细丝（粉红）通过未知的部分（橙色）拴在EV内侧（黄色）
冷冻电镜的分析结果揭示了tau螺旋细丝和竖直细丝的占比分别为88%和12%，与此前在总脑匀浆中发现的螺旋细丝和竖直细丝的比例类似。
螺旋细丝的二维结构呈螺旋对称的“C”形，他们还发现了一个未知的带负电荷的分子，与“C”尖端上带正电荷的tau残基相接，使得这一结构基本封闭，产生了更紧凑的原纤维核心。由于丰度较低，研究人员没能确定竖直细丝的结构。
螺旋细丝的二维结构
综上所述，这项研究揭示了，AD患者大脑中，截短的tau形成的螺旋细丝和竖直细丝被栓在富含内溶酶体蛋白的EV中。
这项研究在2023年时被研究人员上传至预印本平台bioRxiv，在当时的报道中，研究人员曾表示，他们的研究结果表明，tau细丝被包装入內溶酶体来源的EV，以外泌体的形式分泌，在被受体细胞吸收后，就会完成tau的播种，一个尚未解决的问题是：哪些类型的细胞可以做到这一点？他们正在开展后续的研究，希望能够进一步明晰这个过程[2]。
本文作者丨应雨妍