阿尔茨海默病中Tau蛋白与相关分子作用的探究

李艳霞，曹梦媛，李艳萌，张庆云，邵海锐，董晓东

（河北大学基础医学院，河北 保定 071000）

阿尔茨海默病中Tau蛋白与相关分子作用的探究

李艳霞，曹梦媛，李艳萌，张庆云，邵海锐，董晓东

（河北大学基础医学院，河北 保定 071000）

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种致死性神经退行性脑病，细胞外间隙β淀粉样蛋白（Aβ）沉积形成的老年斑以及细胞内过度磷酸化 Tau 蛋白聚集形成的神经原纤维缠结（NFTs）是其主要特征性病变。Tau 蛋白的异常与阿尔茨海默病的神经变性和记忆认知减退密切相关。而Tau蛋白与相关分子的相互作用进一步促进了阿尔茨海默病的发生发展。本文综述了Tau蛋白与Aβ、14-3-3ζ、p62在阿尔茨海默病中的相互联系和作用。

阿尔茨海默病；Tau蛋白；Aβ；14-3-3ζ；p62

阿尔茨海默病是一种非常常见的进行性发展的致死性神经退行性老年痴呆性疾病，常发生于老年人，表现为后天性、持续性的记忆、认知、分析判断、视空间辨认等方面的智能障碍。随着人类寿命的延长，阿尔茨海默病的患病率也随之明显升高，对患者、家庭、社会都带来了巨大的危害。国内外大量研究表明，Tau 蛋白在阿尔茨海默病的发生发展中起了重要作用，且 Tau 蛋白与许多因子有着密切的联系，它们之间相互作用会进一步促进阿尔茨海默病的发展。目前阿尔茨海默病的病因尚不明确，因此，研究 Tau 蛋白与相关分子之间的相互作用在阿尔茨海默病的发生机制、疾病诊断及药物的质量控制等方面具有重要的意义。

1 Tau 蛋白的生物学特性

正常的Tau蛋白是一种亲水性、可溶性、非折叠的微管相关蛋白（microtuble associated protein, MAP），具有稳定神经元微管的作用，在维持神经元生长、保持神经元极性及胞内物质转运等方面发挥着重要作用。质谱测定法证实，Tau 蛋白一级结构突出特征为在蛋白质羧基端具有3～4个含31或32个氨基酸残基的重复区，即构成 Tau 蛋白的微管结合区。当酸性C-末端区至少有6个二聚体与 Tau 蛋白相互作用时，Tau 蛋白便可牢固地结合在微管的外表面，促进微管的组装，并参与轴突运输。N-末端称为外伸结构域，它从微管表面伸出来，与其他细胞骨架成分和细胞膜接触，在维持轴突的稳定中发挥着重要的作用。而在阿尔茨海默病脑中 Tau 蛋白发生了过度磷酸化，形成了不溶解的、扭曲变形的微管蛋白，无法正常输送营养物质，导致神经元末端的树突和轴突发生营养不良性萎缩。

2 Tau蛋白与相关分子的相互作用促进阿尔茨海默病的发生发展

2.1 Tau与细胞外间隙β淀粉样蛋白（Aβ）之间存在协同作用

1906年，阿尔茨海默医生首次描述了阿尔茨海默病大脑中的两个标志性病变，即老年斑和神经纤维缠结（NFTs）。在阿尔茨海默病中，老年斑和神经纤维缠结同时聚集。这两个聚集过程似乎是独立发生的，因为老年斑是发生于细胞外的沉淀物并在神经末梢周围发展，主要构成Aβ低聚物，而神经纤维缠结是细胞内病变，在神经元胞体内发展，主要构成微管结合蛋白Tau的聚集体。然而，最近研究[1-4]表明，在体内，Aβ与Tau结合形成可溶性稳定复合物，这种结合可以促进老年斑和神经纤维缠结的聚集。更重要的是，Aβ和Tau的存在引起Tau从微管快速解离以及轴索结构的崩解——首先导致突触的功能障碍并最终导致神经元细胞死亡。进一步的研究[5-7]表明，线粒体中Tau蛋白和Aβ病变之间存在协同作用，并且提出Aβ可能促进Tau神经纤维缠结的形成。最近的实验[8-9]提示，Aβ可能通过四种不同的机制促进Tau病变：（1）将体外培养的神经元暴露于Aβ诱导活化的GSK3β中可增加Tau蛋白磷酸化，通过降低微管网络的稳定性而触发细胞死亡；（2）阿尔茨海默病中，炎性反应可能会使Aβ和Tau蛋白的病理变化之间产生联系；（3）Aβ水平的升高可能导致大脑内的蛋白酶体功能障碍和Tau蛋白的降解；（4）正如Tau蛋白的病变致使转运缺失一样，转运缺失可能导致Tau蛋白的病变。在阿尔茨海默病中，Tau蛋白过度磷酸化，失去了与微管结合的能力，聚集成为神经纤维缠结。有研究[10]表明，当Tau丧失其结合到微管的能力，它与Aβ相互作用形成一个更稳定的低聚物，且加速聚集。进一步研究表明，当Aβ直接与Tau蛋白重复区R2相互作用时，Tau不与微管发生相互作用，因此，微管的降解发生，导致毒性。

2.2 14-3-3ζ与Tau 蛋白结合并促进Tau蛋白聚集和/或Tau蛋白磷酸化

14-3-3 蛋白是一个小蛋白，调节各种各样的生理过程。其有七种不同的基因编码高度保守的14-3-3亚型，分别是β、γ、ε、τ、η、σ和ζ（α和δ分别是β和ζ的磷酸化形式）[11]。由Layfield等[12]进行的较早研究报道了14-3-3 存在于阿尔茨海默病大脑 NFTs 中。随后，Umahara等[13]报道，只有14-3-3ζ 亚型与NFTs 相关 。Soulie等[14]研究了在阿尔茨海默病患者脑中各种与应激相关的基因，他们发现，分析的236个基因中，14-3-3ζ 的表达增加最明显。在受 NFTs 影响的区域发现 14-3-3ζ蛋白表达水平的显著增加。这项研究表明，14-3-3ζ 的上调是早期事件并且和阿尔茨海默病病变的严重程度有关。最近，大量的研究[15-19]表明，在体外，14-3-3ζ 结合在 Tau 蛋白上，并且促进 Tau 蛋白的磷酸化和聚集。但这些结果的病理生理意义仍然不清楚。

Qureshi等[20]研究了在体外阿尔茨海默病脑提取物中14-3-3ζ 与 Tau 蛋白的相互作用。阿尔茨海默病的特点是异常直丝和涂有无定形聚集体的双螺旋丝（PHFs）的存在。当用碱处理 PHFs 时，它们解开并形成带状形态丝。Tau 蛋白是所有这些超微结构的主要组成部分。14-3-3ζ 存在于NFTs上，在阿尔茨海默病患者脑中被显著上调。在NFTs中与14-3-3ζ 相关的分子基础及其关联的病理意义还不明确。在这项研究中，从阿尔茨海默病脑 NFTs 提取物中发现,14-3-3ζ 与 Tau 共纯化和共同免疫沉淀。在体外，当 Tau 蛋白与14-3-3ζ 一起培养时，Tau 蛋白形成无定形的聚集体、单链、直丝、带状的细丝和PHFs 状细丝等，所有这一切都与在阿尔茨海默病脑中发现的相应的超微结构相似。同时免疫电镜也证实了 Tau 和 14-3-3ζ 均存在于这些超微结构中，并且它们的形态与培养时间密切相关。无定形聚集体首先形成，随着培养时间的增加，无定形聚集体的尺寸逐渐增大，然后被嵌入单股长丝。单股长丝再形成双链、带状和 PHFs状。当磷酸化 Tau 蛋白与14-3-3ζ 一起培养时，它们以类似的方式聚集。结果数据表明，Tau 蛋白磷酸化不影响14-3-3ζ 诱导 Tau 蛋白的体外纤维化。

但是，14-3-3ζ 在 NFTs 内的聚合体的生化性质和 Tau 与 14-3-3ζ 的相互作用的病理学意义现在仍然不清楚。

2.3 p62对阿尔茨海默病Tau蛋白过度磷酸化的影响

多功能蛋白p62 存在于NFTs并可导致过度磷酸化Tau蛋白的聚集，不仅能作为选择性自噬的受体，而且能调节氧化应激。阿尔茨海默病大鼠脑内神经元数量减少，自噬相关蛋白基因Atg12-Atg5、微管相关蛋白1轻链3-磷脂酰乙醇胺和基因Beclin1的表达明显增加，而p62的表达降低。p62水平降低使NF-E2相关因子2（NF-E2-related factor 2，Nrf2）的抗氧化反应元件通路的抗氧化能力明显降低，这可能是阿尔茨海默病脑组织中Tau 过度磷酸化和随后的神经元结构和功能损伤的原因。

相对于高耗氧来说，脑组织的抗氧化能力低。鉴于神经元细胞膜中含有大量的不饱和脂肪酸，当活性氧聚集时可引起神经元变性。研究[21-24]证实，细胞内活性氧水平增加时，细胞自噬被激活，抗氧化剂如N-乙酰-L-半胱氨酸的应用可以减少自噬，因而在维持神经元内稳态中起着至关重要的作用。自噬与氧化应激密切相关，两者都能造成阿尔茨海默病中脑组织的损伤。p62作为受体参与选择性自噬，通过溶酶体介导来移除受损的蛋白质和细胞器以维持细胞环境。由过度磷酸化的Tau蛋白聚集引起的NFTs是阿尔茨海默病的一个主要特征。而p62存在于NFTs中，这提示p62的水平可能与阿尔茨海默病的发病相关。

p62的表达增加可以通过分离Keap1而影响cul3-rbx1-e3 泛素连接酶的功能。然而，当突变p62在细胞中表达，Keap1水平不会受到影响。因此，自噬与p62可能影响Keap1-Nrf2系统以及影响脑组织的氧化应激耐受性。这些因素可以导致阿尔茨海默病脑组织中 Tau蛋白的过度磷酸化。p62在阿尔茨海默病模型大鼠中的表达降低。p62通过LC3-相互作用域（LIR）与自噬体的LC3连接，并由自噬溶酶体途径降解。因此，p62的表达水平与自噬水平相关。从以上结果可以推测，阿尔茨海默病鼠脑中自噬水平的增高可以诱导p62的减少。p62可能通过其他方式来保护细胞，如调节氧化应激相关的信号转导通路。

总之，目前的研究结果[25]显示，自噬增强可以诱导p62的过度降解，进一步影响Nrf2-ARE通路的抗氧化能力，而这也是阿尔茨海默病脑中Tau蛋白过度磷酸化以及造成随后神经元结构和功能损伤的原因之一。

3 展 望

有人指出，阿尔茨海默病将是下个世纪危害人类健康的第一杀手，但目前阿尔茨海默病既缺乏早期诊断的方法，又没有能治愈的药物。由于阿尔茨海默病病因复杂，从基因突变到表观遗传学，特别是与人体衰老过程紧密相关，所以无论从病因还是从防治策略均应摒弃单一因素的思路，需从多因素及内在相互联系的系统生物学观点进行研究。我们相信通过国内外科学家的共同努力，在不远的将来征服阿尔茨海默病必然会有所突破。

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（责任编辑：刘俊华）

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

河北省自然科学基金项目（B2011201101）；河北大学医工交叉研究基金项目（BM201108）；河北大学医学学科专项基金项目（2012A1003）

李艳霞（1992—），女，河北滦南人。

董晓东（1976—），男，吉林洮南人，副教授，博士，硕士生导师，主要从事电化学生物传感器研究。E-mail: xddong@hbu.edu.cn