李艷霞，曹夢媛，李艷萌，張慶云，邵海銳，董曉東

（河北大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071000）

阿爾茨海默病中Tau蛋白與相關(guān)分子作用的探究

李艷霞，曹夢媛，李艷萌，張慶云，邵海銳，董曉東

（河北大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071000）

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一種致死性神經(jīng)退行性腦病，細(xì)胞外間隙β淀粉樣蛋白（Aβ）沉積形成的老年斑以及細(xì)胞內(nèi)過度磷酸化 Tau 蛋白聚集形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFTs）是其主要特征性病變。Tau 蛋白的異常與阿爾茨海默病的神經(jīng)變性和記憶認(rèn)知減退密切相關(guān)。而Tau蛋白與相關(guān)分子的相互作用進一步促進了阿爾茨海默病的發(fā)生發(fā)展。本文綜述了Tau蛋白與Aβ、14-3-3ζ、p62在阿爾茨海默病中的相互聯(lián)系和作用。

阿爾茨海默?。籘au蛋白；Aβ；14-3-3ζ；p62

阿爾茨海默病是一種非常常見的進行性發(fā)展的致死性神經(jīng)退行性老年癡呆性疾病，常發(fā)生于老年人，表現(xiàn)為后天性、持續(xù)性的記憶、認(rèn)知、分析判斷、視空間辨認(rèn)等方面的智能障礙。隨著人類壽命的延長，阿爾茨海默病的患病率也隨之明顯升高，對患者、家庭、社會都帶來了巨大的危害。國內(nèi)外大量研究表明，Tau 蛋白在阿爾茨海默病的發(fā)生發(fā)展中起了重要作用，且 Tau 蛋白與許多因子有著密切的聯(lián)系，它們之間相互作用會進一步促進阿爾茨海默病的發(fā)展。目前阿爾茨海默病的病因尚不明確，因此，研究 Tau 蛋白與相關(guān)分子之間的相互作用在阿爾茨海默病的發(fā)生機制、疾病診斷及藥物的質(zhì)量控制等方面具有重要的意義。

1 Tau 蛋白的生物學(xué)特性

正常的Tau蛋白是一種親水性、可溶性、非折疊的微管相關(guān)蛋白（microtuble associated protein, MAP），具有穩(wěn)定神經(jīng)元微管的作用，在維持神經(jīng)元生長、保持神經(jīng)元極性及胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運等方面發(fā)揮著重要作用。質(zhì)譜測定法證實，Tau 蛋白一級結(jié)構(gòu)突出特征為在蛋白質(zhì)羧基端具有3～4個含31或32個氨基酸殘基的重復(fù)區(qū)，即構(gòu)成 Tau 蛋白的微管結(jié)合區(qū)。當(dāng)酸性C-末端區(qū)至少有6個二聚體與 Tau 蛋白相互作用時，Tau 蛋白便可牢固地結(jié)合在微管的外表面，促進微管的組裝，并參與軸突運輸。N-末端稱為外伸結(jié)構(gòu)域，它從微管表面伸出來，與其他細(xì)胞骨架成分和細(xì)胞膜接觸，在維持軸突的穩(wěn)定中發(fā)揮著重要的作用。而在阿爾茨海默病腦中 Tau 蛋白發(fā)生了過度磷酸化，形成了不溶解的、扭曲變形的微管蛋白，無法正常輸送營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致神經(jīng)元末端的樹突和軸突發(fā)生營養(yǎng)不良性萎縮。

2 Tau蛋白與相關(guān)分子的相互作用促進阿爾茨海默病的發(fā)生發(fā)展

2.1 Tau與細(xì)胞外間隙β淀粉樣蛋白（Aβ）之間存在協(xié)同作用

1906年，阿爾茨海默醫(yī)生首次描述了阿爾茨海默病大腦中的兩個標(biāo)志性病變，即老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFTs）。在阿爾茨海默病中，老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)同時聚集。這兩個聚集過程似乎是獨立發(fā)生的，因為老年斑是發(fā)生于細(xì)胞外的沉淀物并在神經(jīng)末梢周圍發(fā)展，主要構(gòu)成Aβ低聚物，而神經(jīng)纖維纏結(jié)是細(xì)胞內(nèi)病變，在神經(jīng)元胞體內(nèi)發(fā)展，主要構(gòu)成微管結(jié)合蛋白Tau的聚集體。然而，最近研究[1-4]表明，在體內(nèi)，Aβ與Tau結(jié)合形成可溶性穩(wěn)定復(fù)合物，這種結(jié)合可以促進老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)的聚集。更重要的是，Aβ和Tau的存在引起Tau從微管快速解離以及軸索結(jié)構(gòu)的崩解——首先導(dǎo)致突觸的功能障礙并最終導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡。進一步的研究[5-7]表明，線粒體中Tau蛋白和Aβ病變之間存在協(xié)同作用，并且提出Aβ可能促進Tau神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成。最近的實驗[8-9]提示，Aβ可能通過四種不同的機制促進Tau病變：（1）將體外培養(yǎng)的神經(jīng)元暴露于Aβ誘導(dǎo)活化的GSK3β中可增加Tau蛋白磷酸化，通過降低微管網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性而觸發(fā)細(xì)胞死亡；（2）阿爾茨海默病中，炎性反應(yīng)可能會使Aβ和Tau蛋白的病理變化之間產(chǎn)生聯(lián)系；（3）Aβ水平的升高可能導(dǎo)致大腦內(nèi)的蛋白酶體功能障礙和Tau蛋白的降解；（4）正如Tau蛋白的病變致使轉(zhuǎn)運缺失一樣，轉(zhuǎn)運缺失可能導(dǎo)致Tau蛋白的病變。在阿爾茨海默病中，Tau蛋白過度磷酸化，失去了與微管結(jié)合的能力，聚集成為神經(jīng)纖維纏結(jié)。有研究[10]表明，當(dāng)Tau喪失其結(jié)合到微管的能力，它與Aβ相互作用形成一個更穩(wěn)定的低聚物，且加速聚集。進一步研究表明，當(dāng)Aβ直接與Tau蛋白重復(fù)區(qū)R2相互作用時，Tau不與微管發(fā)生相互作用，因此，微管的降解發(fā)生，導(dǎo)致毒性。

2.2 14-3-3ζ與Tau 蛋白結(jié)合并促進Tau蛋白聚集和/或Tau蛋白磷酸化

14-3-3 蛋白是一個小蛋白，調(diào)節(jié)各種各樣的生理過程。其有七種不同的基因編碼高度保守的14-3-3亞型，分別是β、γ、ε、τ、η、σ和ζ（α和δ分別是β和ζ的磷酸化形式）[11]。由Layfield等[12]進行的較早研究報道了14-3-3 存在于阿爾茨海默病大腦 NFTs 中。隨后，Umahara等[13]報道，只有14-3-3ζ 亞型與NFTs 相關(guān) 。Soulie等[14]研究了在阿爾茨海默病患者腦中各種與應(yīng)激相關(guān)的基因，他們發(fā)現(xiàn)，分析的236個基因中，14-3-3ζ 的表達增加最明顯。在受 NFTs 影響的區(qū)域發(fā)現(xiàn) 14-3-3ζ蛋白表達水平的顯著增加。這項研究表明，14-3-3ζ 的上調(diào)是早期事件并且和阿爾茨海默病病變的嚴(yán)重程度有關(guān)。最近，大量的研究[15-19]表明，在體外，14-3-3ζ 結(jié)合在 Tau 蛋白上，并且促進 Tau 蛋白的磷酸化和聚集。但這些結(jié)果的病理生理意義仍然不清楚。

Qureshi等[20]研究了在體外阿爾茨海默病腦提取物中14-3-3ζ 與 Tau 蛋白的相互作用。阿爾茨海默病的特點是異常直絲和涂有無定形聚集體的雙螺旋絲（PHFs）的存在。當(dāng)用堿處理 PHFs 時，它們解開并形成帶狀形態(tài)絲。Tau 蛋白是所有這些超微結(jié)構(gòu)的主要組成部分。14-3-3ζ 存在于NFTs上，在阿爾茨海默病患者腦中被顯著上調(diào)。在NFTs中與14-3-3ζ 相關(guān)的分子基礎(chǔ)及其關(guān)聯(lián)的病理意義還不明確。在這項研究中，從阿爾茨海默病腦 NFTs 提取物中發(fā)現(xiàn),14-3-3ζ 與 Tau 共純化和共同免疫沉淀。在體外，當(dāng) Tau 蛋白與14-3-3ζ 一起培養(yǎng)時，Tau 蛋白形成無定形的聚集體、單鏈、直絲、帶狀的細(xì)絲和PHFs 狀細(xì)絲等，所有這一切都與在阿爾茨海默病腦中發(fā)現(xiàn)的相應(yīng)的超微結(jié)構(gòu)相似。同時免疫電鏡也證實了 Tau 和 14-3-3ζ 均存在于這些超微結(jié)構(gòu)中，并且它們的形態(tài)與培養(yǎng)時間密切相關(guān)。無定形聚集體首先形成，隨著培養(yǎng)時間的增加，無定形聚集體的尺寸逐漸增大，然后被嵌入單股長絲。單股長絲再形成雙鏈、帶狀和 PHFs狀。當(dāng)磷酸化 Tau 蛋白與14-3-3ζ 一起培養(yǎng)時，它們以類似的方式聚集。結(jié)果數(shù)據(jù)表明，Tau 蛋白磷酸化不影響14-3-3ζ 誘導(dǎo) Tau 蛋白的體外纖維化。

但是，14-3-3ζ 在 NFTs 內(nèi)的聚合體的生化性質(zhì)和 Tau 與 14-3-3ζ 的相互作用的病理學(xué)意義現(xiàn)在仍然不清楚。

2.3 p62對阿爾茨海默病Tau蛋白過度磷酸化的影響

多功能蛋白p62 存在于NFTs并可導(dǎo)致過度磷酸化Tau蛋白的聚集，不僅能作為選擇性自噬的受體，而且能調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激。阿爾茨海默病大鼠腦內(nèi)神經(jīng)元數(shù)量減少，自噬相關(guān)蛋白基因Atg12-Atg5、微管相關(guān)蛋白1輕鏈3-磷脂酰乙醇胺和基因Beclin1的表達明顯增加，而p62的表達降低。p62水平降低使NF-E2相關(guān)因子2（NF-E2-related factor 2，Nrf2）的抗氧化反應(yīng)元件通路的抗氧化能力明顯降低，這可能是阿爾茨海默病腦組織中Tau 過度磷酸化和隨后的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能損傷的原因。

相對于高耗氧來說，腦組織的抗氧化能力低。鑒于神經(jīng)元細(xì)胞膜中含有大量的不飽和脂肪酸，當(dāng)活性氧聚集時可引起神經(jīng)元變性。研究[21-24]證實，細(xì)胞內(nèi)活性氧水平增加時，細(xì)胞自噬被激活，抗氧化劑如N-乙酰-L-半胱氨酸的應(yīng)用可以減少自噬，因而在維持神經(jīng)元內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用。自噬與氧化應(yīng)激密切相關(guān)，兩者都能造成阿爾茨海默病中腦組織的損傷。p62作為受體參與選擇性自噬，通過溶酶體介導(dǎo)來移除受損的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器以維持細(xì)胞環(huán)境。由過度磷酸化的Tau蛋白聚集引起的NFTs是阿爾茨海默病的一個主要特征。而p62存在于NFTs中，這提示p62的水平可能與阿爾茨海默病的發(fā)病相關(guān)。

p62的表達增加可以通過分離Keap1而影響cul3-rbx1-e3 泛素連接酶的功能。然而，當(dāng)突變p62在細(xì)胞中表達，Keap1水平不會受到影響。因此，自噬與p62可能影響Keap1-Nrf2系統(tǒng)以及影響腦組織的氧化應(yīng)激耐受性。這些因素可以導(dǎo)致阿爾茨海默病腦組織中 Tau蛋白的過度磷酸化。p62在阿爾茨海默病模型大鼠中的表達降低。p62通過LC3-相互作用域（LIR）與自噬體的LC3連接，并由自噬溶酶體途徑降解。因此，p62的表達水平與自噬水平相關(guān)。從以上結(jié)果可以推測，阿爾茨海默病鼠腦中自噬水平的增高可以誘導(dǎo)p62的減少。p62可能通過其他方式來保護細(xì)胞，如調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

總之，目前的研究結(jié)果[25]顯示，自噬增強可以誘導(dǎo)p62的過度降解，進一步影響Nrf2-ARE通路的抗氧化能力，而這也是阿爾茨海默病腦中Tau蛋白過度磷酸化以及造成隨后神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能損傷的原因之一。

3 展 望

有人指出，阿爾茨海默病將是下個世紀(jì)危害人類健康的第一殺手，但目前阿爾茨海默病既缺乏早期診斷的方法，又沒有能治愈的藥物。由于阿爾茨海默病病因復(fù)雜，從基因突變到表觀遺傳學(xué)，特別是與人體衰老過程緊密相關(guān)，所以無論從病因還是從防治策略均應(yīng)摒棄單一因素的思路，需從多因素及內(nèi)在相互聯(lián)系的系統(tǒng)生物學(xué)觀點進行研究。我們相信通過國內(nèi)外科學(xué)家的共同努力，在不遠的將來征服阿爾茨海默病必然會有所突破。

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（責(zé)任編輯：劉俊華）

The exploration between Tau protein and related molecules in Alzheimer's disease

LI Yanxia, CAO Mengyuan, LI Yanmeng, ZHANG Qingyun, SHAO Hairui, DONG Xiaodong
(College of Basic Medical Science of Hebei University, Baoding 071000, China)

Alzheimer's disease (AD) is a fatal neurodegenerative brain disease. The senile plaques formed by Aβ amyloids' sedimentary in extracellular space and intracellular neurofibrillary tangles(NFTs) formed by excessive phosphate Tau protein aggregation are the main characteristic lesions. The abnormal Tau protein is closely related to the neurodegeneration and the decline of cognitive abnormalities of AD. The interaction between Tau protein and related molecules has further promoted the occurrence and development of AD. This paper reviews the interactions and relationships between Tau protein and Aβ, 14-3-3ζ, p62 in AD.

Alzheimer's disease; Tau protein; Aβ; 14-3-3ζ; p62

R74

A

1674-490X(2014)03-0072-04

2014-04-25

河北省自然科學(xué)基金項目（B2011201101）；河北大學(xué)醫(yī)工交叉研究基金項目（BM201108）；河北大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)科專項基金項目（2012A1003）

李艷霞（1992—），女，河北灤南人。

董曉東（1976—），男，吉林洮南人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事電化學(xué)生物傳感器研究。E-mail: xddong@hbu.edu.cn