阿爾茲海默病中Tau蛋白的傳播機制

Tau陽性的神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFT）與阿爾茨海默?。ˋD）的發(fā)展密切相關。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)稱為“Tau蛋白病”。Tau聚集是Tau病的明顯病理標志。初始聚集體的形成過程緩慢，但隨后Tau蛋白的截斷極大地促進了聚集體的形成。在幾種Tau蛋白病中，NFT集中在腦干核團，尤其是黑質(zhì)和藍斑。Braak認為，Tau蛋白病理始于藍斑，然后擴散到其他腦干核團和內(nèi)嗅皮層。由于AD大腦中Tau病理的發(fā)展與認知障礙相關的大腦區(qū)域有很好的相關性，因此使用Tau病理學的傳播模式作為重要標準之一，可將AD的Braak階段分為I-VI期。

與Braak階段類似，Tau蛋白包涵體的典型時空擴散也發(fā)生在其他Tau蛋白病中，Tau蛋白病之間Tau蛋白擴散主要區(qū)別在于擴散方向及區(qū)域。阿爾茨海默病的異常Tau病理遵循一種漸進的擴散模式。過去十年的許多研究表明，Tau蛋白能夠從一個神經(jīng)元傳播到另一個神經(jīng)元。目前，對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蛋白種類的分泌、攝取和聚集傳播機制。

1. Tau蛋白的聚集

細胞內(nèi)Tau聚集體的形成被認為是由Tau蛋白微管結(jié)合域（MBD）介導的。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上的第三個重復序列包含六肽基序VQIVYK，對原纖維組裝最重要。該基序與第二個六肽基序（VQIINK）一起，形成Tau聚集所必需的β片結(jié)構(gòu)。Tau蛋白中的FTD突變會破壞VQIVYK周圍的局部結(jié)構(gòu)，從而引起自發(fā)聚集。AD的成對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細絲的核心。配對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蛋白會發(fā)生磷酸化、裂解等多種變化。磷酸化促進了細胞蛋白條件下的液-液相分離，導致MBD內(nèi)淀粉樣蛋白區(qū)促進的分子聚集，從而驅(qū)動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，促進了聚集。此外，Aβ斑塊、細胞中的伴侶蛋白Hsp90也可促進病理性Tau的聚集。

2. Tau蛋白的釋放

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

2.1 外泌體釋放

外泌體是哺乳動物細胞從細胞內(nèi)多泡室釋放的膜結(jié)合囊泡，可將細胞內(nèi)容物從起源細胞運送到受體細胞的潛在載體，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到Tau，表明Tau可能通過外泌體進行運輸。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。

使用基于Simoa（以單分子陣列命名）的Tau特異性超敏感免疫測定，發(fā)現(xiàn)由人類誘導多能干細胞（iPSC）來源的神經(jīng)元分泌的自由漂浮Tau大部分被截斷。然而，外泌體中Tau蛋白截短比例較自由漂浮Tau低。推測在外泌體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蛋白進一步磷酸化和寡聚化。攜帶Tau蛋白的外泌體能夠在鄰近細胞（包括神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞）中播種Tau蛋白聚集。有研究顯示，小膠質(zhì)細胞攝取細胞外Tau并通過外泌體分泌促進Tau的傳播，而敲除外泌體釋放的關鍵調(diào)節(jié)因子nSMase2會阻斷外泌體介導的Tau傳播。

2.2 突觸釋放

在阿爾茨海默病和進行性核上性麻痹中，具有較高Tau負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擴散機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，在此過程中神經(jīng)元的活動是影響Tau傳播的關鍵因素。

2.3 其他釋放途徑

非囊泡Tau通過其他非常規(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可直接穿透細胞膜，通過與脂質(zhì)雙分子層的相互作用誘導膜破壞。最近的兩篇論文表明，Tau可直接通過質(zhì)膜特定的膜微域分泌，此過程依賴于一些特定的脂質(zhì)如膽固醇和鞘磷脂。在滲透結(jié)束時，細胞表面硫酸肝素蛋白多糖（HSPGs）可促進Tau的分泌。磷酸化和寡聚化的Tau可以擴散到鄰近細胞并誘導聚集。

3. Tau蛋白的攝取

越來越多的證據(jù)表明，Tau可以通過受體介導的內(nèi)吞作用或微胞飲作用被神經(jīng)元細胞攝取，另一種是通過跨質(zhì)膜直接易位。目前文獻中沒有直接證據(jù)支持這一觀點，但許多研究一致表明，內(nèi)化的Tau蛋白通過核內(nèi)體進入，并能在低pH區(qū)長時間停留。Tau聚集體也可以在軸突末端內(nèi)化并向體細胞逆行運輸。對3200個基因進行無偏倚CRISPRi篩選發(fā)現(xiàn)，細胞外Tau通過介導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通過基于膜的途徑進入細胞；然后穿過膜邊界，進入細胞質(zhì)，觸發(fā)聚集。

4. Tau蛋白的聚集體播種

Tau通過不同結(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、截斷相關性不大。不同Tau蛋白株與不同細胞類型和大腦區(qū)域中的不同病理相關，但在傳播方向上沒有差異。

參考文獻

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