《自然》：颠覆认知！科学家发现TAF15才是额颞叶痴呆患者淀粉样蛋白纤维的关键组成部分

额颞叶变性（FTLD）会导致额颞叶痴呆，是除阿尔茨海默病之外最常见的痴呆症形式，通常伴运动障碍[1]。约50%和40%的FTLD患者以存在包含异常组装的TDP-43和tau的神经元包涵体为病理标志[2]，这些病理蛋白具有丝状淀粉样蛋白结构，不同的丝状结构可以表征不同的FTLD亚型[3,4]。

在约10%的FTLD患者中，淀粉样蛋白纤维的存在及其“身份”和结构尚不清楚。此前的研究普遍认为这些患者的淀粉样蛋白纤维由肉瘤融合蛋白（FUS）组成，因此，他们被归类为FTLD-FUS，但，事实并非如此。

在最近的《自然》杂志中，英国MRC分子生物学实验室的研究团队发表最新研究结果，他们利用冷冻电镜，对4例FTLD-FUS患者的前额叶和颞叶皮层中提取的淀粉样蛋白纤维进行了结构分析，结果显示，淀粉样蛋白纤维是由FUS的同源物TATA结合蛋白相关因子15（TAF15）组成的，而非FUS[5]。

这一研究结果改变了目前对额颞叶痴呆的分子基础的认知，对于这部分患者，研究人员可以开始以TAF15为靶点，开发诊断和治疗策略了[6]。

由于此前没有发现过与FTLD有关的FUS突变，也没有在FTLD-FUS患者大脑中发现FUS淀粉样蛋白纤维，而除了FUS之外，患者的包涵体同时也对TAF15和核质转运蛋白TNPO1具有免疫反应，部分病例还对尤文氏肉瘤蛋白（EWS）具有免疫反应，FUS、EWS和TAF15是同源RNA结合蛋白，统称为FET，基于此，FTLD-FUS也被称为FTLD-FET。

研究人员首先对4例FTLD-FET患者的前额叶和颞叶皮层组织进行了分析，患者存在大量的神经元细胞质包涵体，较少神经元核内包涵体和神经胶质细胞质包涵体。他们对每例患者组织中提取的不溶性物质中的淀粉样蛋白纤维进行成像。

大部分蛋白纤维的宽度约为8nm，病例2-4中少部分蛋白纤维宽度为12nm（单原纤维）或26nm（双原纤维），表面光滑，有条纹，纤维末端钝，可以鉴定为跨膜蛋白106B（TMEM106B），但病例1中未检测到该蛋白。

病例1死于30-40岁间，病例2-4死亡时超过50岁，TMEM106B纤维会随年龄积累，在神经系统正常的和患神经退行性疾病的大脑中同样积累，疾病状态与TMEM106B纤维的折叠没有明确关系。

除TMEM106B纤维外，每个病例大约分离出112000-358000个纤维片段，所有病例都存在一个共同的主要纤维群体，螺距为405Å，在2D层面上，与目前已知的淀粉样蛋白纤维都无法对应。

病例1-4共同的主要淀粉样纤维的冷冻电镜重建

接下来，根据2D结果，研究人员生成了这一主要纤维群的3D结构，解析了蛋白质骨架和氨基酸侧链，从而通过其序列识别出了蛋白纤维的身份，研究人员本以为会是FUS，但结果显示为TAF15，对病例1和4以及神经系统正常个体的不溶性提取物的质谱分析对比证实了这一发现。

TAF15淀粉样蛋白纤维的冷冻电镜重建和原子模型

至此，研究人员证明了，FTLD-FET患者的病理蛋白其实是TAF15淀粉样纤维。

FTLD-FET通常与上运动神经元和下运动神经元中FET蛋白和TNPO1的免疫反应性包涵体有关。本研究中，病例1和4存在上、下运动神经元病理，病例4在诊断额颞叶痴呆前就已经诊断了疑似肌萎缩侧索硬化（ALS）。

研究人员对4例患者的脊髓、运动皮层和脑干组织进行了针对FET和TNPO1的免疫组化，在病例1和4中，很容易就观察到上、下运动神经元中存在FUS、TAF15和TNPO1免疫反应性包涵体，而病例2和3中很少或不存在。

从病例1运动皮层和病例4脊髓中提取出的大量TAF15纤维与前额叶和颞叶中的具有相同的折叠，没有发现FUS纤维。这表明，TAF15在FTLD-FET病例中的上、下运动神经元包涵体中形成淀粉样纤维，与上、下运动神经元病理有关。

病例1运动皮层和病例4脊髓中提取出的TAF15纤维的冷冻电镜重建

总的来说，这项研究表征了FTLD-FET患者的病理特征为TAF15淀粉样纤维，与TDP-43、tau和α-突触核蛋白等一样，可以表征不同的神经退行性疾病。

研究人员表示，这是一个他们意想不到的研究结果，在此之前，TAF15并没有被发现会在神经退行性疾病中形成淀粉样纤维病理，也没有解析过蛋白质结构。

鉴于2例同时存在额颞叶痴呆和运动神经元疾病迹象的病例，多个大脑结构中均发现了TAF15淀粉样纤维，研究人员目前正在进行新的研究，验证在没有额颞叶痴呆的情况下，运动神经元疾病患者是否存在异常聚集的TAF15，这或许会为这些患者带来新的治疗靶点。

参考文献：

[1] Grossman M, Seeley W W, Boxer A L, et al. Frontotemporal lobar degeneration[J]. Nature Reviews Disease Primers, 2023, 9(1): 40.

[2] Neumann M, Mackenzie I R A. Neuropathology of non‐tau frontotemporal lobar degeneration[J]. Neuropathology and applied neurobiology, 2019, 45(1): 19-40.

[3] Shi Y, Zhang W, Yang Y, et al. Structure-based classification of tauopathies[J]. Nature, 2021, 598(7880): 359-363.

[4] Arseni D, Chen R, Murzin A G, et al. TDP-43 forms amyloid filaments with a distinct fold in type A FTLD-TDP[J]. Nature, 2023, 620(7975): 898-903.

[5] Tetter S, Arseni D, Murzin A G, et al. TAF15 amyloid filaments in frontotemporal lobar degeneration. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06801-2

[6] https://www.ukri.org/news/new-protein-linked-to-early-onset-dementia-identified/