前言
2025年11月18日，华中科技大学同济医学院基础医学院朱铃强/刘丹/鲁友明教授团队在Nature Neuroscience（IF=20）上发表题为“Spinal cord Tau pathology induces tactile deficits and cognitive impairment in Alzheimer’s disease via dysregulation of CCK neurons”的文章，该研究揭示了阿尔茨海默病（AD）早期脊髓中Tau病理的发展机制及其导致触觉缺陷的分子通路，明确了脊髓Tau病理在触觉功能障碍中的关键作用，为开发非侵入性早期诊断生物标志物及靶向治疗策略奠定了基础。欧易生物提供了该项目的单细胞核测序（snRNA-seq)服务。
发表期刊：Nature Neuroscience
影响因子：20
涉及的欧易生物服务产品：单细胞核测序（snRNA-seq)
研究背景
阿尔茨海默病（AD）作为一种进行性神经退行性疾病，患病率因人口老龄化而激增，但现有药物仅能部分延缓早期进展，凸显早期诊断的紧迫性。当前研究现状表明，外周感觉损伤（如嗅觉、听觉和视觉）可能作为早期AD生物标志物，但敏感性和特异性尚存争议。触觉缺陷在AD临床前阶段已显现，如工作记忆受损和模式识别错误，且脊髓损伤与AD风险增加相关，AD病理标志（如Aβ和Tau）在脊髓中也有发现，提示脊髓可能易受AD早期影响。然而，触觉缺陷作为AD早期指标的直接证据及其机制（如Tau病理如何影响脊髓功能）仍不明确。验证触觉指标的诊断效能，明确触觉缺陷的分子机制，将有望开发非侵入性早期筛查工具，提升AD的预防和管理水平，改善患者预后。
研究内容
本研究旨在探究阿尔茨海默病（AD）中触觉缺陷的机制，重点关注脊髓Tau病理的作用。作者首先对AD患者和转基因小鼠模型（如3×Tg和PS19小鼠）进行行为测试，发现触觉功能损伤与MoCA评分负相关，且与脊髓Tau病理正相关。其次，利用分子技术证实Tau病理在脊髓背角II–IV层早期积累，而Aβ病理无明显贡献。通过单核RNA测序（snRNA-seq）分析，识别出脊髓中表达胆囊收缩素（CCK）的中间神经元对Tau高度易感。功能实验证明Tau病理通过激活转录因子c-Maf，导致CCK神经元活性抑制和突触传递受损，从而引发触觉缺陷。沉默Tau或c-Maf可逆转触觉功能障碍，并改善小鼠的认知表现，提示脊髓CCK神经元是AD早期病理的关键靶点，为开发非侵入性生物标志物和干预策略提供了新依据。
技术路线
研究结果
Result1 早期AD患者和模型小鼠的触觉缺陷
作者首先评估了阿尔茨海默病（AD）患者的触觉功能，通过在前臂施加Von Frey丝状物测试其对无害和有害机械刺激的敏感性（图1a）。基于MoCA评分，216名老年参与者被分为健康对照组（HC，25-30分）、轻度认知障碍组（MCI，19-24分）和AD组（0-18分）。结果显示，在无害机械刺激（0.4克和0.6克）下，MCI和AD组的反应比率显著低于HC组（图1b），且其诱发反应所需的力阈值更高（图1c），且力阈值与MoCA评分呈负相关（图1d）。但各组在有害刺激（2.0克或4.0克）下的反应无显著差异（图1e）。此外，所有受试者的视觉模拟评分（VAS）与Von Frey施加的力呈正相关（图1f, g），表明，尽管MCI和AD患者存在触觉功能受损，但其痛觉感知仍保持正常。
随后，作者在3×Tg AD转基因小鼠中进行了轻触觉行为测试（图1h）。通过背部粘性胶带实验发现，2至7月龄3×Tg小鼠在5分钟内的总反应次数（如咬抓或抖动）显著少于野生型（WT）对照（图1i）。进一步使用Von Frey细丝和轻刷测试足底无毛皮肤，结果显示3×Tg小鼠对无害机械刺激的敏感性从2月龄起持续降低（图1j），且轻刷诱发的反应也明显减弱（图1k）。在3月龄时，68.4%的3×Tg小鼠在胶带、Von Frey和动态触觉测试中表现异常，而WT组仅3.5%（图1l）。这些数据一致表明，AD小鼠对轻触觉的感知能力受损。
图1. 早期阿尔茨海默病（AD）患者及模型小鼠的触觉缺陷
Result2 脊髓神经元中的Tau病理导致AD中的触觉缺陷
为探究AD早期触觉缺陷是否由Tau病理、Aβ沉积或二者共同驱动，作者首先在AD患者脊髓中观察到Tau多个位点磷酸化水平升高（图2a,b）。利用特异性识别Tau寡聚体的TOC1抗体进行免疫染色，发现AD患者及Tau-P301S转基因小鼠（PS19）脊髓背角III–IV层均存在异常Tau聚集（图2c,d）。斑点印记分析进一步显示，AD病例的TOC1免疫反应性显著高于其他神经系统疾病（OND）对照组（图2e）。均相时间分辨荧光定量结果确认AD样本中Tau聚集水平更高，与上述发现一致（图2f）。
在PS19小鼠中，定量分析显示脊髓内T231、S262及S396位点的Tau磷酸化水平及总Tau（Tau5）表达均增加（图2g–j）。作者进一步构建加权公式以量化Tau病理程度（pTau），发现pTau值与野生型及PS19小鼠在胶带测试、Von Frey测试和动态触觉测试中的行为表现均呈负相关（图2k–n）。这些结果提示，脊髓中的Tau病理可能在AD早期触觉功能缺陷中起关键作用。
图2. PS19小鼠脊髓中的Tau病理学改变与触觉缺陷相关
Result3 Tau病理抑制脊髓CCK神经元活性
为阐明Tau病理损害触觉功能的机制，作者对PS19与WT小鼠腰段脊髓（L1–L4）背角进行单核RNA测序（snRNA-seq），系统绘制Tau应激下的细胞转录图谱。通过聚类及t-SNE降维分析，鉴定出8类谷氨酸能神经元、7类GABA能神经元及7类非神经元细胞（图3a）。利用AUCell算法评估神经元中神经原纤维缠结（NFT）相关基因集（NRG）的表达活性，发现NRG在神经元中显著富集，且在PS19小鼠的Cck、Prkgc（PKCγ）及Meis2表达的神经元中表达失调尤为突出（图3b,c）。进一步实验显示，在PS19小鼠及AD患者脊髓中，CCK神经元内T231、S262及AT8位点的Tau磷酸化水平显著高于其他神经元类型（图3d），且该病理变化在负责无害触觉传递的背角IIiv–IV层中特异性富集（图3e）。c-FOS标记显示，在胶带测试、Von Frey测试和动态触觉测试期间，PS19小鼠IIiv–IV层神经元活性降低（图3f–i）。与WT对照小鼠相比，神经元活性调节基因（ARGs）表达在六种神经元类型（包括CCK神经元）中最显著下调（图3j）。表明脊髓CCK神经元激活对触觉功能至关重要。
图3. Tau病理学使AD中的脊髓 CCK 神经元失活
为实时监测CCK神经元动态，作者将 CCK -Cre小鼠与PS19小鼠杂交构建PS19;CCK-Cre小鼠，并通过病毒介导在脊髓特异性表达Ca2+指示剂jGCaMP8s。钙成像显示，CCK 神经元对Von Frey刺激产生了激活反应（图4a,b）。随后，作者在PS19;CCK-Cre小鼠背角双侧注射靶向Tau的shRNA病毒（siTau）或对照病毒（图4c），发现沉默Tau可有效恢复小鼠在胶带测试、Von Frey测试及动态触觉测试中的行为表现（图4d–f）。电生理记录进一步证实，siTau组CCK神经元的自发性兴奋性突触后电流（sEPSCs）幅度和频率均得以恢复（图4g–k）。上述结果表明，特异性抑制脊髓CCK神经元中的Tau病理是改善AD相关触觉功能缺损的有效策略。
图4. 在 CCK 神经元中沉默Tau可恢复AD患者的触觉
Result4 c-Maf调节异常抑制CCK神经元活性
基于PS19小鼠脊髓CCK神经元活性降低的发现，作者进一步探究化学遗传激活该神经元能否逆转触觉缺陷。通过向PS19;CCK-Cre小鼠脊髓注射Cre依赖性Gq偶联设计受体（图5a），特异性表达于CCK神经元。给予氯氮平-N-氧化物（CNO）激活后，小鼠在胶带测试、Von Frey测试及动态触觉测试中的反应均得到部分改善（图5b–i），且未影响其他感觉与运动功能（图5j–s）。
图5. CCK 神经元的化学遗传学激活逆转了触觉损伤
通过整合CCK神经元中失调基因、调控靶点及已报道的NFT相关基因，作者筛选出十个关键调控因子（图6a–c）。其中c-Maf因以下特征引起关注：①参与背角III/IV层感觉神经元发育；②在CCK神经元中高度富集；③在PS19小鼠及AD患者该区域CCK神经元中表达上调（图6d）；④其表达与pTau水平呈正相关（图6e）；⑤具有调节皮质兴奋性的功能。进一步分析显示，c-Maf可调控多个神经元活性相关基因（如Dlg2、Nrn1），这些基因在PS19小鼠CCK神经元中表达紊乱（图6f–h）。为验证c-Maf的功能，作者在PS19;CCK-Cre小鼠脊髓中注射靶向c-Maf的dCas9- KRAB /sgRNA的pLV病毒（图6i），特异性敲低其表达。结果显示，c-Maf敲低不仅挽救了触觉行为缺陷（图6j–l），还恢复了CCK神经元的sEPSC振幅与频率（图6m–q）。这些结果表明c-Maf在Tau病理介导的触觉功能缺损中发挥关键作用。
图6. CCK 神经元中的c-Maf调控子介导Tau病理学诱导的触觉缺陷
Result5 通过靶向脊髓CCK神经元中的Tau或c-Maf治疗AD
在明确脊髓CCK神经元中Tau病理及c-Maf介导的转录调控可诱发触觉缺陷的基础上，作者进一步探究此类早期触觉损伤是否与AD病程进展相关。首先，根据3月龄3×Tg小鼠的触觉表现将其分为触觉正常（NRM）与异常（ABN）两组（图1l）。至6月龄时，ABN小鼠在莫里斯水迷宫中表现出更长的潜伏期和更少的平台穿越次数（图7a，b），在巴恩斯迷宫中潜伏期更长且鼻触次数更少（图7c，d），其海马区树突棘密度降低，神经元内Tau病理加重，且Aβ斑块沉积多于NRM组（图7e–g）。这些结果与临床观察一致，提示触觉功能障碍与AD病理进展密切相关。
为探讨早期干预触觉缺陷能否延缓脑内病理发展，作者在3×Tg;CCK-Cre小鼠3月龄时向脊髓CCK神经元注射siTau病毒。结果显示，siTau处理可完全恢复小鼠的触觉行为反应（图7h–j）。更重要的是，至6月龄时，siTau组小鼠在莫里斯水迷宫和巴恩斯迷宫任务表现更好，而开放场和高架十字迷宫任务无显著差异（图7k–n）。在12月龄时，其树突棘密度更高，神经元pTau水平及Aβ斑块负荷均显著降低（图7o–q）。通过靶向c-Maf的干预实验也观察到类似效应（图7r–aa）。综上，特异性沉默脊髓CCK神经元中的Tau或c-Maf表达，不仅能挽救触觉功能，还可有效延缓AD相关病理进程。
图7. 在CCK神经元中沉默Tau或c-Maf可延缓AD的进展
研究结论
本研究揭示了阿尔茨海默病（AD）中脊髓Tau病理通过破坏胆囊收缩素（CCK）神经元功能导致早期触觉缺损的新机制。研究发现，脊髓背角CCK神经元对Tau病理具有特异性易感性，其异常会通过转录因子c-Maf介导的基因表达失调抑制神经元活性，进而引发触觉功能障碍。重要的是，这种触觉缺损与认知衰退显著相关，且在AD早期阶段即可出现。靶向脊髓CCK神经元中的Tau或c-Maf通路不仅能恢复触觉功能，还能延缓认知障碍进展，为AD的早期干预提供了新的治疗策略和靶点。
参考文献：
Zhou, Y., Li, WL., Liu, ZQ. et al. Spinal cord Tau pathology induces tactile deficits and cognitive impairment in Alzheimer’s disease via dysregulation of CCK neurons. Nat Neurosci (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02137-4