深圳欣博盛生物科技有限公司

Tau蛋白病（Tauopathies）是一组以微管相关蛋白Tau异常折叠、过度磷酸化以及聚集为特征的神经退行性疾病。该类疾病包括阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）等，其主要表现为进行性认知功能下降、突触功能障碍和神经元丢失。除记忆和行为症状外，患者在疾病进展过程中还常常出现严重的昼夜节律紊乱。

位于下丘脑的视交叉上核（suprachiasmatic nucleus，SCN）是大脑的核心昼夜节律起搏器。它接收来自外界环境的时间信息，即所谓的授时因子（Zeitgebers），并据此将体内生物钟与外部环境同步。这一过程被称为同步化（entrainment）。在众多授时因子中，光照是最主要的因素，因此每日的明暗周期对昼夜节律的影响最为显著。随着神经退行性疾病进入晚期，患者常会出现睡眠片段化、活动—休息节律紊乱，以及昼夜节律逐渐失序等问题。这些变化不仅严重降低患者的生活质量，还可能进一步加速神经退行性病变的发展。尸检研究发现，阿尔茨海默病患者的SCN中存在Tau病理改变，但Tau蛋白积累是否会直接破坏SCN的计时机制，迄今仍不明确。

为了深入了解Tau蛋白在SCN中的作用，美国俄亥俄州立大学（The Ohio State University）的研究人员采用转基因PS19小鼠模型，研究Tau蛋白积累所产生的影响。该阿尔茨海默病小鼠模型过表达携带P301S突变的人源Tau蛋白，能够再现人类Tau病的关键病理特征，包括Tau蛋白过度磷酸化、聚集、神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）形成以及神经元丢失。值得注意的是，该模型呈现出明确的、与年龄相关的Tau病理进展过程：3月龄时即可观察到早期胶质细胞增生和突触丢失；6月龄时出现神经原纤维缠结；而到9月龄时，则发生明显且广泛的神经元丢失。

发表于《Experimental Neurology》的研究中，Halloy等人首先通过研究转基因Tau 蛋白的表达展开工作。研究团队使用了经过充分验证的AT8 Tau 抗体，该抗体能够识别在丝氨酸202（Serine 202）和苏氨酸205（Threonine 205）位点发生磷酸化的 Tau 蛋白。研究人员利用该抗体绘制了不同年龄和不同脑区中磷酸化 Tau（p-tau）的分布情况。

正如预期的那样，皮层区域显示出随年龄增长而逐渐加重的Tau 积累。关键的是，视交叉上核（SCN）在仅 2 月龄时便显示出弥漫性但明显的 p-tau 染色，这一时间点早于中枢神经系统其他部位许多明显病理变化的出现。部分 SCN神经元出现了强烈的AT8 染色，其特征符合Tau 阳性包涵体（tau-positive inclusions）。然而，整体染色强度在不同年龄阶段呈现出较为复杂的变化模式。

除了 SCN 之外，研究人员还对梨状皮层（piriform cortex）、纹状体（striatum）和后压后皮层（retrosplenial cortex）中的 p-tau 水平进行了定量分析。各个脑区均表现出不同的时间变化特征。梨状皮层在早期表达水平较低，但到11 月龄时明显增加；而纹状体和后压后皮层在早期几乎没有明显病理变化，但随着时间推移出现了显著积累。

这些脑区之间的特异性差异表明：Tau蛋白病（tauopathy）在大脑中的进展是不均匀的，而 SCN 在该模型中是 Tau 沉积异常早期发生的部位。荧光双重标记实验进一步显示，p-tau 同时存在于 SCN 的两大主要神经元亚群中，即核心区（core）和壳区（shell）。这一发现表明，Tau 病理并不局限于 SCN 的某一个特定区域，而是影响了协调生物钟起搏功能（pacemaker function）的主要神经元类型。

SCN（视交叉上核）起搏器通过分子振荡发挥作用，协调全身各器官中外周昼夜节律振荡器群体的活动。它通过核心时钟基因的转录-翻译反馈环路（transcriptional-translational feedback loops）产生这些节律性输出，这些核心时钟基因包括：Clock，Bmal1，Per1/2，Cry1/2。为了检验 SCN 中的 Tau 病理是否会转化为昼夜节律行为的改变，Halloy 等人对 PS19 小鼠和野生型（WT）小鼠在 3 月龄至 11 月龄期间的跑轮活动（locomotor wheel running activity）进行了监测。

研究人员评估了昼夜节律功能的多个方面，包括：

• 标准光照/黑暗周期（light/dark cycles）下的活动表现（图 1）；

• 对6小时相位提前（phase advance）和 6 小时相位延迟（phase delay）的适应能力（即重新同步，re-entrain）；

• 在持续黑暗（constant darkness，DD）和持续光照（constant light，LL）条件下的内在起搏器特性（intrinsic pacemaker properties）。

在所有这些实验条件下，PS19小鼠与对照组并无区别。即使是在持续光照这种可能对昼夜节律稳定性构成挑战的压力条件下，PS19小鼠仍然保持了稳定而强健的昼夜节律。这表明，在该模型中，由SCN 驱动的运动活动时间控制（locomotor timing）对于 Tau 蛋白积累表现出了惊人的耐受性（resilience）。

图1｜[引自 Halloy 等，2025] PS19 小鼠的昼夜节律调控运动活动。WT和 PS19 小鼠在 12 h 光照/12 h 黑暗周期条件下饲养，于 3 月龄和 8 月龄时记录其平均每日活动模式。

为了进一步研究病理性Tau 蛋白对 SCN 的影响，研究团队培养了来自 PS19 和 WT 小鼠的 SCN 离体组织（SCN explants），这些小鼠携带 Per1-Venus 昼夜节律报告基因（circadian reporter）。在这些转基因小鼠中，Per1 时钟基因驱动 Venus 荧光报告蛋白的表达，从而能够实时监测昼夜节律基因活性。研究人员从 PS19 和 WT 小鼠中分离出 SCN 组织，并将其置于共聚焦显微镜下培养，通过连续数周成像追踪由 Per1 驱动的荧光节律。值得注意的是，研究结果显示，培养离体组织中 Per1 表达的昼夜节律振荡在 PS19 组和 WT 组之间具有可比性。

为了加速 Tau 病理的形成，研究人员分别使用两种不同浓度的 StressMarq Tau-441（2N4R）P301S 突变预制原纤维（Pre-formed Fibrils，货号：SPR-329）对 WT 和 PS19 离体组织进行种子诱导（seeding）。研究人员随后分别使用针对磷酸化 Tau（p-tau）和配对螺旋丝（paired helical filaments）的 AT8 抗体和 MC1 抗体进行免疫标记，以确认 Tau 的积累。对昼夜节律周期（circadian period）、振幅（amplitude）以及节律性（rhythmicity）的分析表明，PS19 离体组织与野生型离体组织之间不存在一致性的差异。此外，Tau 种子诱导处理也未导致振荡器（oscillator）特性的可测量性异常。这些发现进一步印证了行为学实验数据。综合来看，这些结果表明，在该SCN 模型中，即使存在大量Tau 病理，生物钟计时功能（clock timing）和神经网络同步性（network synchrony）仍然保持稳定，不易受到影响。