SMARCAD1缺失减轻Tau蛋白病（Tauopathy）

《Aging Cell》：Loss of SMARCAD1 Mitigates Tauopathy

　　

Tau蛋白病（Tauopathy）是一类以错误折叠Tau蛋白聚积为特征的神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）及相关痴呆症。寻找治疗Tau蛋白病的新策略仍是该领域的重要缺口。研究人员利用秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans, C. elegans）正向与反向遗传学筛选，鉴定出C. elegans中SMARCAD1同源基因smrd-1是Tau转基因模型中Tau蛋白病表型的强效修饰因子。smrd-1功能缺失可挽救C. elegans Tau蛋白病模型中的神经元功能障碍与神经退行。在C. elegans及哺乳动物HEK-tau细胞中，smrd-1/SMARCAD1缺失或降低通过减少Tau mRNA转录本从而降低磷酸化Tau及总Tau蛋白水平。smrd-1缺失还可挽救Tau驱动的非正常组蛋白H3第9位赖氨酸三甲基化（H3K9me3）染色质甲基化改变。人死后AD脑组织的免疫组织化学分析显示，部分伴有MSUT2耗竭的病例中存在SMARCAD1耗竭。smrd-1/SMARCAD1缺失通过降低Tau mRNA的机制伴随染色质构象变化，挽救Tau介导的神经退行。

论文解读：Loss of SMARCAD1 Mitigates Tauopathy（《Aging Cell》）

一、研究背景与意义

Tau蛋白病（Tauopathy）是一组以微管相关蛋白Tau（Microtubule Associated Protein Tau, MAPT）错误折叠、纤维样聚集为病理特征的神经退行性疾病，典型代表为阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）及额颞叶变性（Fronto-Temporal Lobar Degeneration, FTLD），临床表现为认知衰退、运动障碍及痴呆。目前尚无获批的有效疾病修饰疗法，因此鉴定Tau病理性聚集的修饰因子及潜在药物靶点至关重要。既往利用C. elegans Tau转基因模型通过正向遗传筛选已发现多个保守的Tau抑制因子（如sut-1/sut-2即MSUT2、sut-6/NIPP1、xbp-1s/XBP-1s、spop-1/SPOP）。本研究在此基础上进一步筛选，首次鉴定出染色质重塑因子SMARCAD1（SWI/SNF-related, Matrix-associated Actin-dependent Regulator of Chromatin, subfamily A, containing DEAD/H box 1）的C. elegans同源基因smrd-1（M03C11.8）为新的Tau蛋白病抑制/修饰因子。研究人员发现smrd-1/SMARCAD1功能缺失可降低MAPT转录水平、减少磷酸化及总Tau蛋白、恢复Tau引起的异常异染色质标记H3K9me3升高，并挽救行为缺陷与GABA能神经元丢失；在人AD脑组织中观察到MSUT2（Mammalian Suppressor of Tau Pathology-2）耗竭亚组伴SMARCAD1蛋白水平下降。该研究揭示了SMARCAD1通过表观遗传染色质重塑调控Tau表达及Tau蛋白病进程，为Tau蛋白病的干预提供了新靶点。论文发表于《Aging Cell》。

二、主要关键技术方法概述

研究人员采用：（1）C. elegans正向遗传ENU诱变筛选结合全基因组测序鉴定smrd-1抑制突变；（2）CRISPR-Cas9介导smrd-1基因敲除株构建；（3）C. elegans游泳行为学检测评价运动功能；（4）P_unc-25::GFP报告系统活体观察并计数GABA能抑制性运动神经元丢失；（5）Western blot检测磷酸化Tau（AT8/pS²⁰²/T²⁰⁵、PHF-1/pS³⁹⁶/S⁴⁰⁴）、总Tau、SMARCAD1及异染色质标记H3K9me3蛋白水平；（6）qRT-PCR检测人MAPT及C. elegans tau样转录本；（7）人稳定表达野生型人Tau的HEK293/tau细胞系进行SMARCAD1 siRNA敲低实验；（8）C. elegans L4期线虫转录组RNA-seq及差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEG）与GO富集分析；（9）人死后脑组织中颞中回组织（University of Washington BioRepository and Integrated Neuropathology Laboratory队列，AD组n=39按MSUT2免疫染色分MSUT2+与MSUT2-，对照无痴呆组n=18）进行SMARCAD1与MSUT2免疫组织化学及HALO定量图像分析。

三、研究结果

3.1 Loss of smrd-1 Function Rescues Tauopathy Mediated Behavioral Deficits

研究人员通过正向遗传ENU筛选获得smrd-1两个功能缺失突变（bk2196-Q649*提前终止、bk4016剪接位点突变致移码），并验证独立等位基因gk485089及CRISPR-Cas9删除exon 1–6（smrd-1 Δ#1、Δ#2）。在表达人野生型Tau（Tau WT）或FTLD相关突变Tau_V337M的C. elegans中，smrd-1功能缺失显著恢复Tau引起的游泳运动频率（身体弯曲次数/min）下降；杂合smrd-1 Δ#1亦有轻度但显著挽救效应。smrd-1缺失不影响非Tau背景下的正常运动，且不抑制aex-3启动子驱动的TDP-43_M337VALS模型表型，表明其对Tau蛋白病表型具特异性抑制作用。结论：smrd-1功能缺失特异性挽救Tau蛋白病相关的神经元运动功能障碍。

3.2 smrd-1 Deficiency Reduces Tau Protein Expression and Transcript Levels

在Tau WT及Tau_V337M转基因动物中，smrd-1(gk485089)或smrd-1 Δ#1背景下，AT8（pS²⁰²/T²⁰⁵Tau）降低约80%、PHF-1（pS³⁹⁶/S⁴⁰⁴Tau）降低约70%–90%、总Tau降低约70%–75%；qPCR显示人MAPT mRNA分别下调约60%（Tau WT）和70%（Tau_V337M）。结论：smrd-1缺失通过降低MAPT转录水平导致Tau蛋白合成减少，是Tau蛋白及磷酸化Tau下降的主要原因。

3.3 smrd-1 Deficiency Attenuates Tau-Induced Neurodegeneration

将P_unc-25::GFP标记的GABA能运动神经元报告系导入Tau WT及smrd-1 Δ#1; Tau WT动物，Day 1成虫计数显示Tau WT转基因导致GABA能神经元进行性丢失，而smrd-1 Δ#1背景可显著防止该神经元丢失，且smrd-1单突变与野生型N2神经元数目无差异。结论：smrd-1缺失保护Tau诱导的GABA能运动神经元退变。

3.4 Depletion of SMARCAD1 Lowers Total and Hyperphosphorylated Tau Proteins in Mammalian Cells

在稳定过表达人野生型Tau（4R1N）的HEK293/tau细胞中，SMARCAD1 siRNA敲低使AT8 Tau降约90%、PHF-1 Tau降约75%、总Tau降约65%，人MAPT mRNA降约35%，SMARCAD1蛋白被有效敲低。结论：SMARCAD1沉默在哺乳动物细胞中也保守地降低Tau转录及蛋白水平，支持跨物种保守机制。

3.5 Loss of smrd-1 Restores Altered Histone Methylation in Tau Tg Animals

Tau WT及Tau_V337M转基因动物整体H3K9me3（异染色质标志）较非转基因升高约2倍（Tau_V337M达显著差异），smrd-1 Δ#1; Tau双转基因动物H3K9me3恢复至非转基因水平。对smrd-1 Δ#1与N2进行转录组RNA-seq，鉴定275个差异表达基因（63上调、212下调），GO富集显示下调基因富集于UDP糖基转移酶（UDP-glycosyltransferase）活性及TGF-β通路组分，上调基因富集于UDP-半乳糖转运活性。结论：Tau病理伴全局异染色质H3K9me3异常升高，smrd-1缺失使其恢复正常；smrd-1缺失引起广泛转录重编程，可能涉及UDP糖基化及TGF-β通路参与Tau病缓解。

3.6 SMARCAD1 Lowering Occurs in Alzheimer's Disease Subjects With MSUT2 Depletion

对AD患者死后颞中回组织按MSUT2核斑（Nuclear Speckle, NS）免疫染色强度分为MSUT2阳性（NS+）与MSUT2耗竭（NS-）亚组，对照为年龄匹配无痴呆者。SMARCAD1免疫阳性面积百分比在MSUT2-严重Tau病理AD组中显著低于MSUT2+ AD组及对照组，整体AD与对照间无差异。结论：人AD脑中SMARCAD1蛋白耗竭特异地出现在MSUT2耗竭、严重Tau病理亚组，提示SMARCAD1与MSUT2在Tau蛋白病人脑中可能存在平行调控关系。

四、讨论与结论总结

讨论指出，smrd-1/SMARCAD1功能缺失通过降低MAPT mRNA转录从而减少Tau蛋白积累，并恢复Tau引起的异常H3K9me3异染色质升高，特异性抑制Tau蛋白病表型而不影响TDP-43蛋白病模型，且在C. elegans与哺乳动物HEK-tau细胞中机制保守。SMARCAD1作为ATP依赖染色质重塑因子参与异染色质维持及H3K9me3沉积，Tau过表达致全局H3K9me3升高可能抑制突触相关基因，smrd-1缺失将其恢复。转录组提示UDP糖基化下调及TGF-β通路变化可能协同减缓Tau病理。人AD脑组织中MSUT2耗竭亚组伴SMARCAD1降低，可能是机体应对严重Tau病理的代偿性反应。研究局限在于SMARCAD1精确调控MAPT启动子区染色质状态的机制及在哺乳动物体内神经元中的验证尚需进一步研究。

结论（翻译）：

本研究发现一个新的Tau蛋白病抑制因子——SMARCAD1缺失可减轻C. elegans Tau转基因模型及人Tau过表达哺乳动物细胞中的毒性Tau种系聚集与神经退行。基于异染色质水平评估，研究人员提出SMARCAD1介导的Tau蛋白病缓解涉及表观遗传改变。后续研究可明确染色质重塑下游被改变的具体通路如何促成Tau蛋白病缓解，从而为Tau蛋白病提供新的治疗思路。