神經學研究套路：學人家是怎麼來忽悠小鼠的

作者：葉子（轉載請註：解螺旋·醫生科研助手）

本次文獻精讀說的是神經基礎科研的套路，文章發表在了Neuron上，屬於神經生物領域的知名雜誌。

先從題目里找關鍵詞，第一個是Acetylated Tau，還有Synaptic Plasticity和Memory Loss。連起來就是乙醯化的Tau 抑制 KIBRA介導的突觸可塑性和學習障礙。

一、實驗假說

這篇文章研究了一種常見的神經疾病，阿茲海默症（AD），也就是通常說的老年痴呆。這種病會表現出很明顯的學習記憶的障礙，隨著時間會不斷加重，是一種不可逆的大腦損傷。AD患者的大腦會發現Aβ蛋白和Tau蛋白的大量沉積。作者通過一張圖來說明實驗假說。

1、AD 發生後，Tau 乙醯化水平提升；

2、Tau 乙醯化水平升高後，導致Factin無法形成；導致AMPA 受體轉運阻滯；

3、過度乙醯化的Tau，導致學習記憶障礙。

二、結果解讀

Fig1說的是在AD患者的病理組織中檢測到了Tau蛋白的過渡乙醯化；

Fig2中作者用了一種小鼠模型，在小鼠腦部過渡表達乙醯化Tau蛋白來模擬AD的病理現象；

Fig3-4證明過渡乙醯化的Tau蛋白會導致學習記憶的障礙（細胞層次和學習記憶障礙）；

Fig5發現過度乙醯化的Tau，影響突觸可塑性；

Fig6-7研究了過度乙醯化的Tau是如何影響KiBRA的分子機制

Fig1作者先通過打質譜的方法找到了Tau上兩個非常特殊的乙醯化位點——K274和K281

找到後，作者找了段抗原多肽從264位到287位，通過製備單克隆抗體後得到了兩個單克隆抗體株——mAb359和mAb63。

mAb359：識別K274位點乙醯化；mAb63：識別K281位點乙醯化

對抗體乙醯化程度做了統計後，結果如下圖：

證明的作者所得到的抗體是有用的，能夠乙醯化特異位點。

在AD患者的腦組織中作者要證明Tau分子274位和281位的乙醯化是普遍存在的。作者將AD患者進行了CDR分級：0 (沒有痴呆)、0.5 (中度痴呆)、5 (嚴重痴呆)，用WB進行檢驗，經過統計後，得到結果。

Tau的乙醯化水平在發生痴呆患者中要明顯高於非痴呆患者平。

Fig2作者在轉基因小鼠中過表達TauKQ，模擬乙醯化。觀察了小鼠的海馬區，發現三種轉基因小鼠的膠質形成程度類似。說明後續實驗得到的差異都是神經元導致的，不是膠質細胞導致的。

通過觀察Tau在海馬區的沉積，可以看出TauKQ和TauKQhigh沉積明顯，說明通過在小鼠海馬區域過度表達乙醯化的Tau分子是可以完全模擬AD的病理特性。

Fig3通過細胞電生理層面研究學習記憶的基礎——LTP功能。

tauKQ組與對照組有明顯差異，說明小鼠海馬部位過度表達乙醯化Tau分子，會損傷LTP功能。

乙醯化的Tau 不影響突觸的基本電生理功能

Fig4是本文最經典的地方，在個體層面上，做了三個動物行為學的實驗，來證明Tau乙醯化會損傷學習和記憶。

1、水迷宮實驗

一種學習尋找隱藏在水中平台的實驗，主要用於測試實驗動物對空間位置感和方向感（空間定位）的學習記憶能力。

可以看到，在訓練後24小時內，小鼠還能找到目標平台；但72小時後，過表達乙醯化Tau小鼠的記憶非常糟糕，找不到目標平台，其記憶受到了重大損傷。

2、Pattern separation memory

這是比水迷宮更加高級的學習記憶方式，在訓練的時候，給小鼠的環境是這樣的。

可以發現兩組形狀、環境都不一樣，到了測試的時候，給小鼠的環境是這樣的：

而嚙齒類動物的天性就是對於沒有接觸過的新事物會有非常強的好奇心，也就是說從訓練時候的環境1進入測試時候的環境1，小鼠會花大量的時間探索Y2。同理環境2的小鼠就會探索X2。

訓練時候：

小鼠熟悉X1Y1、X2Y2的時間幾乎是相同的。而到了測試的時候：

情況就不一樣了，TauKQhigh小鼠對於新鮮事物的探索能力大大下降了。說明乙醯化Tau抑制了小鼠的探索行為。

3、Contextual discrimination test

一個更複雜的動物行為學實驗，分為3部分。先給小鼠A環境，只要小鼠在A環境，就會受到電擊。讓小鼠把A環境和電刺激之間等同起來。

第二步，環境會切換，從A環境到了B環境，或從B環境到了A環境，並且不進行電刺激。

小鼠這時候就會非常懵，不是A環境就要被電嘛，這次怎麼不電了呢？接下來進行最後一步，繼續不斷的環境變化，但這個時候，A環境中的電擊又來了。

這時候小鼠就崩潰了，一開始學的是A環境就會被電，然後發現不論什麼環境不會被電，最後測試的時候，A環境又有電刺激，坑鼠呢！最後觀察小鼠出現發抖的概率。

對於過表達TauKQhigh小鼠來說，無論是A環境還是B環境它發抖的概率都是50%左右，沒有明顯差異，說明完全忘記了在A環境中被電擊支配的恐懼。

三個動物行為實驗都證明了乙醯化的Tau會影響學習記憶。

Fig5AB表明了乙醯化Tau 阻斷GluA1的插入，Fig5C的AD病人樣本中，存在Tau蛋白的高度乙醯化。

之後的研究發現，對照組中LTP促進actin 聚合；TauKQ小鼠中，乙醯化Tau 抑制了LTP引起的actin 聚合。而反過來促進 actin 聚合，可恢復受損的LTP 現象。

Fig.6顯示AD病人中，KIBRA表達降低，且與乙醯化Tau 成反比。

Fig.7中過表達KIBRA，恢復LTP誘導的GluA1受體的插入和的actin 的聚合現象，從而恢復突觸可塑性。

三、套路分析

本文最大的亮點就是通過3個動物行為學的實驗層層遞進來驗證乙醯化Tau的影響，這也是因為本文所投的期刊要求較高。如果是一般5分左右的期刊，只需要做到水迷宮或T迷宮即可，後面兩個複雜的實驗並不是必要的。

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