细胞内 MAPT（微管相关蛋白 tau）是阿尔茨海默病 （Alzheimer disease, AD） 等 tau 蛋白病的标志，tau蛋白聚集导致神经原纤维缠结的形成【1, 2】。自噬障碍被认为在 MAPT/tau 聚集中起关键作用【3, 4】。ISG15（ISG15 ubiquitin like modifier）是一种响应干扰素刺激而合成的泛素样蛋白【5】，虽然传统上认为 ISG15 具有抑制病毒复制的作用，但最近的研究表明，ISG15 还可以调节自噬和代谢【6-8】。ISG15在共济失调毛细血管扩张症（ataxia telangiectasia, A-T）和肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）等神经退行性疾病中显著升高[9-11]，但其在AD中的表达和作用尚未被探讨。
近日，华中科技大学基础医学院的刘恭平教授与江南大学基础医学院的柴高尚教授，以及华中科技大学同济医学院附属协和医院心内科的陈健教授共同在Autophagy杂志上发表了题为 Upregulation of ISG15 induced by MAPT/tau accumulation represses autophagic flux by inhibiting HDAC6 activity: a vicious cycle in alzheimer disease的研究论文。该研究发现，在AD患者的大脑以及体内外的AD模型中，ISG15水平显著升高。通过在神经元和HEK293WT细胞中过表达HsMAPT（人tau），研究人员发现ISG15的mRNA和蛋白水平明显增加。这些结果共同表明，AD中的HsMAPT积累诱导了ISG15的表达。
为了研究ISG15在认知能力中的作用，研究团队将AAV-ISG15（ISG15）或空载体（Vec）立体定位注射到2个月龄的C57小鼠双侧海马中。一个月后，进行了系列行为学测试，结果显示ISG15的过表达导致小鼠出现认知障碍。通过高尔基体染色、RBFOX3和Nissl染色的分析发现，ISG15的过表达引起了神经元丢失和突触损伤。进一步通过脑立体定位注射AAV-tau和AAV-sh-ISG15，研究发现下调ISG15可以改善HsMAPT诱导的认知缺陷、神经元丢失和树突损伤。
为了阐明ISG15对认知影响的机制，研究人员首先检查了ISG15对MAPT水平的影响，发现过表达ISG15时MAPT蛋白水平显著增加。进一步研究显示，ISG15的过表达增加了HEK293WT细胞中MAP1LC3-II和SQSTM1的水平，而用CQ或BafA1处理可以逆转ISG15下调所诱导的MAPT、MAP1LC3-II和SQSTM1水平的降低，表明ISG15可能抑制自噬流。为了确定ISG15的敲低是否能够改善MAPT的病理状态，研究评估了AAV病毒感染的小鼠海马组织中的MAPT水平。结果发现，与HsMAPT小鼠相比，下调ISG15显著降低了外源性总MAPT和磷酸化MAPT的水平。
为了进一步探讨ISG15在自噬降解中的作用，作者将GFP-mCherry-MAP1LC3与pcDNA3.1-ISG15-HA共转染到HEK293WT细胞中，发现ISG15过表达的细胞中出现了更多的黄色MAP1LC3斑点。同时，ISG15的过表达降低了MAP1LC3与CTSB（组织蛋白酶B，溶酶体标志物）的共定位。这些结果表明，ISG15通过阻碍自噬小体与溶酶体的融合来抑制自噬流，从而导致MAPT的积累。
在机制方面，作者发现ISG15在细胞和海马组织中过表达时，会通过其C末端的LRLRGG序列与HDAC6结合，抑制HDAC6的活性，导致CTTN的乙酰化水平升高。这一变化阻碍了CTTN和F-actin向溶酶体的募集，进而损害了自噬小体（AP）与溶酶体（LY）的融合，最终导致MAPT/tau蛋白的积累、突触损伤、神经元丢失以及认知功能障碍。相反，在HsMAPT病理模型中敲低ISG15可以恢复HDAC6的活性，促进AP与LY的融合，并改善认知功能。这项研究首次确立了ISG15作为阿尔茨海默病中自噬关键调控因子的角色，提示针对ISG15调控自噬可能为阿尔茨海默病的治疗提供新的策略。
总的来说，该研究发现，MAPT/tau的聚集可诱导ISG15表达升高。ISG15通过其C末端LRLRGG序列与HDAC6结合，抑制HDAC6的去乙酰化活性，从而增加CTTN的乙酰化水平。CTTN乙酰化的升高阻碍了其与F-actin向溶酶体的募集，导致自噬小体与溶酶体（AP-LY）融合受损。这些变化进一步导致MAPT/tau聚集、突触损伤、神经元丢失及认知功能障碍。
