阿爾茲海默病中Tau蛋白的傳播機(jī)制

Tau陽(yáng)性的神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFT）與阿爾茨海默病（AD）的發(fā)展密切相關(guān)。除了AD之外，NFT還存在于20多種不同的神經(jīng)退行性疾病中，統(tǒng)稱(chēng)為“Tau蛋白病”。Tau聚集是Tau病的明顯病理標(biāo)志。初始聚集體的形成過(guò)程緩慢，但隨后Tau蛋白的截?cái)鄻O大地促進(jìn)了聚集體的形成。在幾種Tau蛋白病中，NFT集中在腦干核團(tuán)，尤其是黑質(zhì)和藍(lán)斑。Braak認(rèn)為，Tau蛋白病理始于藍(lán)斑，然后擴(kuò)散到其他腦干核團(tuán)和內(nèi)嗅皮層。由于AD大腦中Tau病理的發(fā)展與認(rèn)知障礙相關(guān)的大腦區(qū)域有很好的相關(guān)性，因此使用Tau病理學(xué)的傳播模式作為重要標(biāo)準(zhǔn)之一，可將AD的Braak階段分為I-VI期。

與Braak階段類(lèi)似，Tau蛋白包涵體的典型時(shí)空擴(kuò)散也發(fā)生在其他Tau蛋白病中，Tau蛋白病之間Tau蛋白擴(kuò)散主要區(qū)別在于擴(kuò)散方向及區(qū)域。阿爾茨海默病的異常Tau病理遵循一種漸進(jìn)的擴(kuò)散模式。過(guò)去十年的許多研究表明，Tau蛋白能夠從一個(gè)神經(jīng)元傳播到另一個(gè)神經(jīng)元。目前，對(duì)Tau聚集的研究主要集中在聚集體的結(jié)構(gòu)，及不同病理性Tau蛋白種類(lèi)的分泌、攝取和聚集傳播機(jī)制。

1. Tau蛋白的聚集

細(xì)胞內(nèi)Tau聚集體的形成被認(rèn)為是由Tau蛋白微管結(jié)合域（MBD）介導(dǎo)的。MBD與微管（MT）緊密結(jié)合，并將微管蛋白二聚體連接在一起。MBD上的第三個(gè)重復(fù)序列包含六肽基序VQIVYK，對(duì)原纖維組裝最重要。該基序與第二個(gè)六肽基序（VQIINK）一起，形成Tau聚集所必需的β片結(jié)構(gòu)。Tau蛋白中的FTD突變會(huì)破壞VQIVYK周?chē)木植拷Y(jié)構(gòu)，從而引起自發(fā)聚集。AD的成對(duì)螺旋絲和直絲在形態(tài)上是異質(zhì)的，由MBD內(nèi)殘基306-378組成的組合交叉β/β-螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)成了AD患者大腦內(nèi)Tau細(xì)絲的核心。配對(duì)的螺旋和直絲之間原絲的排列變化表明，Tau蛋白在不同的疾病中可以采用不同的折疊。

聚集之前，Tau蛋白會(huì)發(fā)生磷酸化、裂解等多種變化。磷酸化促進(jìn)了細(xì)胞蛋白條件下的液-液相分離，導(dǎo)致MBD內(nèi)淀粉樣蛋白區(qū)促進(jìn)的分子聚集，從而驅(qū)動(dòng)有利于淀粉樣蛋白的靜電聚集。Tau被多種蛋白酶裂解后變短，促進(jìn)了聚集。此外，Aβ斑塊、細(xì)胞中的伴侶蛋白Hsp90也可促進(jìn)病理性Tau的聚集。

2. Tau蛋白的釋放

Tau從一個(gè)細(xì)胞擴(kuò)散到另一個(gè)長(zhǎng)纖維，這與Tau作為細(xì)胞內(nèi)微管結(jié)合蛋白的生物學(xué)特性相沖突。而越來(lái)越多的研究表明，Tau可以從神經(jīng)元分泌。正常健康個(gè)體的腦脊液（CSF）中生理性地存在Tau蛋白。利用微透析技術(shù)在活小鼠腦細(xì)胞外間質(zhì)液中也可檢測(cè)到Tau蛋白，其半衰期可長(zhǎng)達(dá)11小時(shí)。Tau分泌依賴(lài)于神經(jīng)元的活動(dòng)，并且不同的Tau株之間存在差異。Tau傳播的潛在機(jī)制包括：外泌體釋放、突觸釋放和其他非常規(guī)的釋放機(jī)制。

2.1 外泌體釋放

外泌體是哺乳動(dòng)物細(xì)胞從細(xì)胞內(nèi)多泡室釋放的膜結(jié)合囊泡，可將細(xì)胞內(nèi)容物從起源細(xì)胞運(yùn)送到受體細(xì)胞的潛在載體，在胞間通訊中發(fā)揮重要作用。從人阿爾茨海默病患者腦脊液或血漿外泌體中檢測(cè)到Tau，表明Tau可能通過(guò)外泌體進(jìn)行運(yùn)輸。研究表明，Tau蛋白僅存在于成熟神經(jīng)元的外泌體中，且只有一小部分分泌的Tau與外泌體有關(guān)。

使用基于Simoa（以單分子陣列命名）的Tau特異性超敏感免疫測(cè)定，發(fā)現(xiàn)由人類(lèi)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）來(lái)源的神經(jīng)元分泌的自由漂浮Tau大部分被截?cái)?。然而，外泌體中Tau蛋白截短比例較自由漂浮Tau低。推測(cè)在外泌體Tau蛋白被降解之前，外泌體從多泡體中釋放。隨后外泌體中Tau蛋白進(jìn)一步磷酸化和寡聚化。攜帶Tau蛋白的外泌體能夠在鄰近細(xì)胞（包括神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞）中播種Tau蛋白聚集。有研究顯示，小膠質(zhì)細(xì)胞攝取細(xì)胞外Tau并通過(guò)外泌體分泌促進(jìn)Tau的傳播，而敲除外泌體釋放的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子nSMase2會(huì)阻斷外泌體介導(dǎo)的Tau傳播。

2.2 突觸釋放

在阿爾茨海默病和進(jìn)行性核上性麻痹中，具有較高Tau負(fù)荷的緊密連接的大腦區(qū)域更容易發(fā)生神經(jīng)退行性變，跨突觸Tau擴(kuò)散機(jī)制也許能更好地解釋這一發(fā)現(xiàn)。磷酸化的可溶性Tau寡聚物在AD腦突觸中富集，并沿神經(jīng)元連接傳播，在此過(guò)程中神經(jīng)元的活動(dòng)是影響Tau傳播的關(guān)鍵因素。

2.3 其他釋放途徑

非囊泡Tau通過(guò)其他非常規(guī)的分泌途徑釋放，如跨質(zhì)膜直接易位。在早期的幾項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白與質(zhì)膜結(jié)合，并在體內(nèi)形成孔狀環(huán)型原纖維。Tau可直接穿透細(xì)胞膜，通過(guò)與脂質(zhì)雙分子層的相互作用誘導(dǎo)膜破壞。最近的兩篇論文表明，Tau可直接通過(guò)質(zhì)膜特定的膜微域分泌，此過(guò)程依賴(lài)于一些特定的脂質(zhì)如膽固醇和鞘磷脂。在滲透結(jié)束時(shí)，細(xì)胞表面硫酸肝素蛋白多糖（HSPGs）可促進(jìn)Tau的分泌。磷酸化和寡聚化的Tau可以擴(kuò)散到鄰近細(xì)胞并誘導(dǎo)聚集。

3. Tau蛋白的攝取

越來(lái)越多的證據(jù)表明，Tau可以通過(guò)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用或微胞飲作用被神經(jīng)元細(xì)胞攝取，另一種是通過(guò)跨質(zhì)膜直接易位。目前文獻(xiàn)中沒(méi)有直接證據(jù)支持這一觀點(diǎn)，但許多研究一致表明，內(nèi)化的Tau蛋白通過(guò)核內(nèi)體進(jìn)入，并能在低pH區(qū)長(zhǎng)時(shí)間停留。Tau聚集體也可以在軸突末端內(nèi)化并向體細(xì)胞逆行運(yùn)輸。對(duì)3200個(gè)基因進(jìn)行無(wú)偏倚CRISPRi篩選發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外Tau通過(guò)介導(dǎo)朊病毒蛋白的攝取途徑—HSPG生物合成途徑被微胞飲作用攝取。Tau通過(guò)基于膜的途徑進(jìn)入細(xì)胞；然后穿過(guò)膜邊界，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，觸發(fā)聚集。

4. Tau蛋白的聚集體播種

Tau通過(guò)不同結(jié)構(gòu)播種聚集體，致病性Tau可以形成多種不同的結(jié)構(gòu)，每種Tau病變中的Tau結(jié)構(gòu)都存在巨大的可變性。這種差異與翻譯后修飾、截?cái)嘞嚓P(guān)性不大。不同Tau蛋白株與不同細(xì)胞類(lèi)型和大腦區(qū)域中的不同病理相關(guān)，但在傳播方向上沒(méi)有差異。

參考文獻(xiàn)

Naseri NN, Wang H, Guo J, etal. The complexity of tau in Alzheimer's disease[J]. Neurosci Lett, 2019, 705: 183-194.