靶向Tau治疗阿尔茨海默症的药物研究进展

关国凯，申志远，黄瑶，刘凯菲，李洋，冯祥乾，陈玲琳，陈毅飞

(桂林医学院，广西 桂林 541000)

0 引言

阿尔茨海默症是一种常见的神经退行性疾病，以记忆认知能力下降为主要发病症状。据统计，全世界的阿尔茨海默症患者人数超过4600万，到2050年预计达到1.315亿[1]。2018年，全球为此付出了8180亿美元的代价[2]。这些数据说明阿尔茨海默症对人类的健康和生存产生了巨大的威胁，研究治疗阿尔茨海默症的药物迫在眉睫，而Tau蛋白过度磷酸化引起的神经纤维缠结是AD的病因之一，以Tau作为药物研发靶点也受到人们越来越多的关注。

1 Tau蛋白的组成及生理功能

Tau蛋白由MAPT基因编码，而MAPT基因则由染色体17q21上的16个外显子组成。Tau蛋白在分子结构上可分为四个区域：N末端酸性区、脯氨酸富集的区域、微管结合区和C末端。通常大脑中，由于mRNA的选择性剪切，Tau蛋白主要具有六个不同的异构体，它们的差异主要表现为N端插入序列的不同数量(0N/1N/2N)和微管耦合重叠区域(3R/4R)的不同数量[3]。在正常的成人大脑中，3R和4R两种异构体的比例大约是1:1，而在阿尔茨海默症患者中3R和4R异构体比例有着特定的差异[4]。

正常情况下，Tau蛋白是可溶的，这种可溶性有利于Tau蛋白与微管蛋白结合以促进微管的聚合和稳定[5]。同时，Tau通过局部的调节运动控制神经元微管，维持轴突运输平衡。在一个健康的神经元中，Tau按近端到远端梯度浓度分布[6]。在细胞体中，较低的Tau浓度将会驱动蛋白有效地与微管结合并启动物质的顺利运输，而突触中较高的Tau浓度将促进物质的释放。此外，Tau在轴突上的分布还能调节微管结合域内位点的磷酸化和去磷酸化[7]。

2 Tau在阿尔茨海默症中的病理变化

2.1 Tau过度磷酸化

正常情况下，Tau蛋白广泛地分布于中枢神经系统的各种神经元中，它们都是一种与微管有密切联系的蛋白质，能够有效地调控微管蛋白质的稳定[8]。在阿尔茨海默病中，异常的高磷酸化Tau蛋白会发生结构变化，首先聚集形成寡聚体，然后寡聚体再聚集成Tau低聚物，最后聚集成成对的螺旋丝，并以神经原纤维缠结的形式积聚在神经元中，从而影响轴突运输物质。不仅如此，过度磷酸化的Tau蛋白积累并传播，从内嗅皮层传至海马体，再到其他脑区，最后引起突触毒性和神经元的死亡[9]。据文献报道，丝氨酸Ser199、Ser202、Ser205、Ser262和苏氨酸Thr231等位点的过度磷酸化都与神经元中的前缠结有关[10]。另一方面，蛋白激酶和蛋白磷酸酶的调节失衡可以直接导致Tau蛋白的过度磷酸化。其中，糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)和蛋白磷酸酶2(PP2A)与Tau磷酸化关系最为密切。在AD患者脑中，降低PP2A活性[11]可激活GSK-3β，活化的GSK-3β通过核因子(NFKB)诱导炎症反应，促进AD的发展[1]。

2.2 Tau过度乙酰化

乙酰化作为Tau蛋白赖氨酸侧链氨基上的一种翻译后修饰，在AD患者脑中比健康人更严重。过度乙酰化的Tau破坏了Tau介导的微管稳定，并增强了Tau的聚集。Tau乙酰化可通过多种机制产生，包括乙酰化酶SIRT1的缺失，组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)水平升高、组蛋白乙酰转移酶P300、cAMP反应元件结合蛋白(CREB)结合蛋白、自乙酰化[12]。因此，过度乙酰化的Tau，会促进Tau聚集在一起，加快AD发展的进程。

2.3 Tau的截断

Tau蛋白是一种天然的、无特殊折叠性的蛋白[13]。Tau蛋白的截断是由蛋白酶酶切或者通过其他方式产生Tau蛋白片段的过程，这些蛋白片段会使Tau蛋白发生错误的折叠，最后导致Tau蛋白的聚集及加快神经退行性疾病的进程[14]。目前，与Tau蛋白截断及降解关系密切的酶包括胰蛋白酶、糜蛋白酶、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶、钙蛋白酶、凝血酶、组织蛋白酶、嘌呤霉素敏感性氨肽酶等[14]。另外，Tau还可被Capase3、6在羧基末端截断[15]。AD发生的情况下，活化的Capase截断了Tau蛋白，被截断的Tau抑制了与微管结合的能力，并促进Tau聚集、线粒体功能紊乱和突触功能障碍[16]。因此，深入研究Tau蛋白截断的分子机理，对于我们认识Tau蛋白对神经退行性疾病的作用有着重大意义。

2.4 Tau的过度糖基化

糖基化是Tau蛋白一种重要的翻译后修饰形式，与Tau蛋白的过度磷酸化密切相关[17]。研究表明，O-糖基化水平的降低可能是导致Tau蛋白过度磷酸化，形成神经纤维缠结的诱因[18]。与此同时，研究发现，Tau蛋白的O-糖基化和磷酸化在某些位点发生竞争，并且一些位点的糖基化将对其他位点磷酸化有一定的影响。另外，Gong等人[19]报道表明，在培养的细胞和大鼠大脑切片中，降低糖代谢后所致的O-糖基化水平下降，会使Tau蛋白过度磷酸化，从而导致神经纤维的缠结，最后导致AD的发生。因此，Tau的过度糖基化水平促进AD的发生发展。

2.5 Tau引起的细胞骨架功能障碍

微管是细胞骨架的重要组成部分，在细胞中起着确定膜性细胞器和运输模囊泡的作用。Tau蛋白与微管分离影响了微管动力和运输。过度磷酸化的Tau蛋白所致的Tau纤维丝，能选择性阻止运动蛋白介导的顺向快速轴突转运，并分离运动蛋白与囊泡。分离的囊泡分布不均，神经元突触末端囊泡不足，而胞体囊泡聚集，导致线粒体转运速度减缓或停止[20]。此外，药理学实验表明Tau纤维丝对于微管蛋白的这种影响也可以由蛋白磷酸酶1和糖原合酶激酶3来介导[21]。

2.6 Tau蛋白降解途径的损坏

溶酶体自噬系统可以维持细胞内稳态，特别是在神经元内蛋白质稳态上。已有研究表明，AD中，许多错误折叠的Tau蛋白不易降解。随后，这些错误折叠的蛋白会直接破坏溶酶体内和自噬机制，导致蛋白聚集和积累加剧[22]。因此，Tau蛋白降解途径的损坏也可以促进AD的病理发展。

2.7 Tau的聚集

细胞内Tau蛋白聚集物浓度的逐渐增加，也可能占用了细胞内代谢酶和线粒体的空间。细胞内大分子密度约占细胞内空间的30%-40%[23]。当大分子密度增加超过这个值，会极大地阻碍代谢物和大分子的扩散，导致扩散受限，反应速率呈指数级下降，影响细胞代谢。因此，防止或转运Tau聚集有可能改善细胞健康，防止Tau病理扩散其他脑区[24]。

3 以Tau为靶点的AD的药物研究

3.1 抑制磷酸化

如前面所述，磷酸激酶活性增强、磷酸酶活性下降都可以引起Tau过度磷酸化。有文献报道一种GSK-3β拮抗剂SB290157可减少冈田酸诱导细胞表达的GSK-3β，以此降低Tau的过度磷酸化水平[25]。另外，Xiao-Long Shi等人[26]基于GSK-3β晶体结构，通过合理药物设计和分子对接模拟，发现B10是一个强有力的GSK-3β抑制剂。B10通过抑制GSK-3β激活，有效地降低了Ser9位点的磷酸化，最终减少SH-SY5Y细胞tau蛋白的过度磷酸化。

3.2 抑制乙酰化

根据Sang-Won Min等人[27]的研究报道，Lys174 (K174)位点的Tau乙酰化是AD脑的早期改变，也是Tau稳定的关键因素。同时他们发现小分子非甾体抗炎药Salsalate，可通过组蛋白乙酰转移酶p300抑制Lys174位点Tau的乙酰化。此外，Sheng-Jun Fan等人[28]还发现一种组蛋白去乙酰化酶6抑制剂MPT0G211，可以有效减弱Tau蛋白在T231位点的磷酸化，并且能改善AD小鼠AD模型的认知能力。

3.3 抑制Tau截断

Trot T. Rohn等人[29]运用AD小鼠体内实验研究发现化合物喹啉-天冬氨酸-[2,6-二氟苯氧基]-甲基酮(Q-VD-OPh)可以通过抑制Caspase7的激活，抑制Tau的截断，减缓神经纤维缠结的形成，达到治疗AD的目的。此外，李玺等人[30]发现人参皂苷通过减少Caspase 3活性，防止Tau的截断和结构改变，最终抑制神经纤维的形成。

3.4 提高O-糖基化水平

提高Tau的O-糖基化水平对AD有一定的治疗作用。MK-8719是一种选择性强效的糖基转移酶(OGA)小分子抑制剂，能增加O-糖基化水平，减少Tau磷酸化和聚集，目前已进入临床药物试验阶段[31]。此外，第五永长等人[32]研究发现，由人参、半夏、茯神、附子、菖蒲组成的洗心汤能够改善老年性痴呆模型大鼠脑组织能量代谢及糖代谢，增加Tau蛋白的O-糖基化水平，从而抑制Tau蛋白过度磷酸化及其毒性。

3.5 微管稳定剂

Tau蛋白属于微管相关蛋白家族，通过提高微管的稳定性，可以减缓Tau蛋白的磷酸化进程。上皮细胞素D[33]，增加了Tau转基因小鼠的微管数量，减少了形态异常的轴突数量。NAP[34]是一种来源于活性依赖神经保护蛋白的8个氨基酸片段，可降低Tau和淀粉样蛋白的病理水平，改善了认知和微管的轴突转运。TPL287[35]，是一种紫杉醇类似物，它不仅能跨越血脑屏障，提高大鼠的学习能力和记忆能力，还可以稳定微管，降低Tau蛋白磷酸化水平。

3.6 调节蛋白质降解

罗利普兰则是环核苷酸磷酸二酯酶PDE4的选择性抑制剂，通过抑制PDE4降解来增加大脑中的cAMP水平，对中枢神经系统有保护作用[36]。同时，由HaibiaoGuo等人[37]研究发现的PDE4选择性抑制剂FFPM，通过cAMP/PKA/CREB信号传导和抗炎作用，逆转APP/PS1转基因小鼠的学习和记忆缺陷。FFPM和罗利普兰相比，催吐作用更小，口服后具有更好的脑透性，有可能成为治疗AD有效的PDE4抑制剂。

3.7 Tau聚集抑制剂

亚甲基蓝[38]，是一种tau蛋白聚集抑制剂，能有效穿过血脑屏障，并在全身给药后选择性地穿透神经元，特别是海马细胞，可减少Tau聚集。另外有文献报道，姜黄素作为一种生姜的天然成分之一，具有抗氧化和抗炎特性，还可以与Aβ蛋白结合，防止Tau聚集[39]。最近经过Wenjie Liu等人[40]运用金属离子配位对其进行结构的改造，在维持姜黄素活性不变的基础上，提升了生物利用度。

4 小结

综上所述，以Tau为靶点，研究治疗AD的药物不在少数，许多研发药物的临床前实验效果明显，但在临床试验上依然充满挑战。这值得我们去思考如何优化我们的实验研究，是否应该以临床试验数据作为实验设计的基础。同时，应该更加关注和思考Tau与其他诱发AD病因之间的联系，以此研究开发多靶点的新药。希望在不久的将来，我们能打破Tau靶点药物临床试验的瓶颈，将此类药物应用到AD患者身上。