聚焦Tau蛋白修飾：揭開神經(jīng)退行性疾病熱門靶點的神秘面紗

前言

在神經(jīng)退行性疾病的研究領域，阿爾茨海默?。?/span>AD）猶如一場無聲的風暴，逐漸吞噬患者的記憶與思維。在我們不斷挖掘這一疾病病理機制的過程中，那些曾經(jīng)看起來遙不可及的治療靶點又有怎樣的進展呢？

現(xiàn)在，我們就一起走進AD研究的前沿陣地，了解Tau靶向治療的新進展吧！

Tau蛋白概述

研究已經(jīng)證實，在AD患者中，Tau蛋白可能發(fā)生多種異常的翻譯后修飾（PTMs），如磷酸化、泛素化、乙?；?、截斷等。異常的PTMs造成Tau蛋白在細胞內(nèi)的錯誤定位和異常聚集，導致線粒體功能障礙、突觸可塑性受損、神經(jīng)膠質(zhì)增生和神經(jīng)炎癥，最終引發(fā)神經(jīng)退行性病變和認知功能障礙。

Tau蛋白在AD以外的多種神經(jīng)退行性疾病中存在，如行性核上性麻痹（PSP）、皮質(zhì)基底節(jié)變性（CBD）、匹克病、額顳葉癡呆（FTD）和原發(fā)性年齡相關(guān)性tau病。這使Tau蛋白成為神經(jīng)退行性疾病治療的一個強有力的靶點。

Tau靶向療法正在如火如荼地開展，多種策略齊頭并進。如以降低Tau表達為目的的反義核苷酸，靶向Tau蛋白修飾的磷酸酶激活劑、激酶抑制劑、乙?；种苿┑?，以及創(chuàng)新性的免疫療法（如疫苗、抗體、抗體片段、PROTAC等）。

SignalChem Biotech（義翹神州全資子公司）建立了產(chǎn)品齊全的重組Tau蛋白庫，涵蓋多種異構(gòu)體和磷酸化蛋白，已成為開發(fā)診斷檢測、探索靶向治療和推進藥物開發(fā)的重要工具。

Tau蛋白：結(jié)構(gòu)與功能的精妙之處

Tau蛋白在1975年被發(fā)現(xiàn)，主要分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元軸突中，促進微管的組裝并穩(wěn)定微管網(wǎng)絡。在少突膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞中存在較低濃度的Tau蛋白。

Tau蛋白由17號染色體（17q21-q22）上的MAPT基因編碼，包含16個外顯子。蛋白結(jié)構(gòu)包括N端結(jié)構(gòu)域、富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域、微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域和C端結(jié)構(gòu)域。

Tau蛋白在成人大腦中存在6種異構(gòu)體：0N4R、1N4R、2N4R、0N3R、1N3R、2N3R。外顯子2和3的選擇性剪接導致Tau蛋白的N端差異，外顯子10導致Tau蛋白含3個或4個微管結(jié)合重復結(jié)構(gòu)域（4R或3R）。健康成人大腦中的3R與4R比例接近1：1，在原發(fā)性Tau蛋白病中，外顯子10的選擇性剪接造成3R與4R比例改變。

Tau蛋白的剪接與異構(gòu)體（源自文獻：doi: 10.1038/s41580-024-00753-9）

Tau蛋白在神經(jīng)元細胞骨架中具有重要作用。神經(jīng)元細胞骨架由微絲、微管和中間絲組成，微管負責維持神經(jīng)元的形態(tài)及物質(zhì)運輸。Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，在軸突中與微管結(jié)合，促進微管的組裝并防止其降解。

Tau蛋白的功能受到多種翻譯后修飾的精細調(diào)控。據(jù)統(tǒng)計人類Tau蛋白經(jīng)歷了95種類型的PTMs，如泛素化、磷酸化、硝化、截斷、乙酰化、甲基化、O-GlcNAcylation、糖化、糖基化、SUMO化、異構(gòu)化等。

Tau蛋白翻譯后修飾的主要位點（源自文獻：doi: 10.4103/1673-5374.385847）

其中磷酸化、乙?；吞腔谏砗筒±項l件下都會發(fā)生。磷酸化受多種激酶和磷酸酶調(diào)控，不同位點的磷酸化對Tau功能影響各異。乙?；饕l(fā)生在富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域和微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域，影響Tau的降解和聚集。泛素化一般促進Tau降解，但也可能增加其聚集。SUMO化抑制Tau降解并促進其磷酸化。截斷產(chǎn)生的片段能增強Tau聚集和神經(jīng)毒性。其他翻譯后修飾也在Tau病理過程中發(fā)揮作用。

Tau翻譯后修飾與病理機制

1. Tau磷酸化

Tau蛋白的PTMs研究較為廣泛深入的是磷酸化。生理過程中，磷酸化調(diào)節(jié)Tau對微管的親和力，調(diào)控其組裝和穩(wěn)定性。Tau蛋白磷酸化受發(fā)育階段調(diào)節(jié)。胚胎和發(fā)育早期Tau磷酸化顯著高于成年人，但老年大腦中Tau蛋白的磷酸化與胚胎期接近。

最長的Tau亞型（2N4R，Tau-441）大約有80個潛在的絲氨酸和蘇氨酸磷酸化位點，上圖中標注了在AD中發(fā)現(xiàn)的近40個磷酸化位點。

多種蛋白激酶調(diào)節(jié)Tau蛋白磷酸化。根據(jù)激酶基序可以分為3組：脯氨酸導向蛋白激酶（PDPKs）、非脯氨酸導向的蛋白激酶（non-PDPKs）、酪氨酸蛋白激酶（TKs）。研究發(fā)現(xiàn)，AD患者大腦中GSK-3β、CDK5、DYRK1A、CK1、CK2、p38 MAPK、Fyn等激酶表達量升高，GSK-3β、CDK5和病理性Tau共定位。AD患者中GSK-3β和CDK5可以從多個位點磷酸化Tau，如Ser202、Thr212、Ser214等。在小鼠模型中，抑制CDK5、下調(diào)GSK-3β活性或使用GSK-3β抑制劑，能夠降低Tau磷酸化。

Tau蛋白磷酸化受蛋白激酶和磷酸酶動態(tài)調(diào)節(jié)。磷酸酶PP1、PP2A、PP2B、PP2C和PP5使Tau去磷酸化。人腦中與Tau相關(guān)的磷酸酶活性，約70%由PP2A調(diào)節(jié)。在AD患者大腦中，灰質(zhì)和白質(zhì)中的PP2A活性分別下降20%和40%。

PP2A失活涉及多種機制，如PP2A催化結(jié)構(gòu)的PTMs、催化/調(diào)節(jié)亞基的mRNA和蛋白質(zhì)表達降低，以及內(nèi)源性PP2A抑制劑水平升高。常見的PP2A抑制劑有I1PP2A、I2PP2A和CIP2A。研究表明，抑制PP2A導致Tau蛋白過度磷酸化以及引發(fā)記憶缺陷，而沉默I2PP2A或抑制CIP2A，能夠減少Tau蛋白過度磷酸化并改善記憶缺陷。在原代神經(jīng)元中過表達CIP2A導致Tau蛋白在神經(jīng)元樹突中的錯誤定位和突觸退化。GSK-3β和PP2A之間存在相互作用。

雖然Tau蛋白的過度磷酸化是AD和其它神經(jīng)退行性疾病的標志性病理，但Tau的具體磷酸化位點可能在其生理和病理機制中具有相反的作用。如GSK-3β和CDK5介導的Ser202、Thr231位點的磷酸化，促進Tau聚集、神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFTs）形成和突出損傷，但p38 MAPK介導的Thr205位點的磷酸化能防止β-淀粉樣蛋白誘導的早期AD細胞死亡、神經(jīng)元回路畸變和記憶缺陷。這些研究表明，不同的Tau磷酸化位點在Tau病理和認知功能障礙中具有不同的作用。因此，靶向Tau磷酸化時選擇合適的抗原表位，有助于提供靶向藥物的安全性和有效性。

2. Tau乙酰化

Tau乙?；饕l(fā)生在富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域和微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域。P300乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）和環(huán)磷酸腺苷反應元件結(jié)合蛋白（CREB）被鑒定為Tau乙酰轉(zhuǎn)移酶。乙?；哂袣埢禺愋?，如Lys163、Lys281、Lys274、Lys280、Lys174和Lys369的乙酰化防止Tau降解，Lys259、Lys290、Lys321和Lys353的乙酰化抑制Tau磷酸化并阻止其聚集。sirtuin1（SIRT1）和組蛋白脫乙酰酶6（HDAC6）使Tau蛋白去乙?；?。抑制SIRT1的表達或HDAC6表達缺失會加速Tau病理和認知能力下降。在接受雙水楊酯（Salsalate）或氟苯水楊酸（Diflunisal）等p300抑制劑的患者中，創(chuàng)傷性腦損傷和AD的發(fā)生率降低。因此，靶向Tau乙酰化是治療人類Tau蛋白病的新型治療方法。

3. Tau泛素化

泛素化是將一個或多個泛素轉(zhuǎn)移到賴氨酸殘基的三步酶促過程，由泛素激活酶（E1）、泛素結(jié)合酶（E2）和泛素連接酶（E3）參與。441-Tau蛋白的富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域和微管結(jié)合結(jié)構(gòu)域含有20多個泛素化位點。泛素化通過泛素-蛋白酶體系促進Tau降解。在CHIP敲除小鼠中觀察到非聚集的、泛素陰性、過度磷酸化的Tau積累。TRAF6介導的Lys63多泛素化增強蛋白酶體靶向Tau的清除率。泛素化抑制Tau介導的微管組裝。USP10、USP11、USP13等去泛素酶，增加Tau聚集。因此靶向Tau泛素化是AD患者潛在的治療策略。

4. Tau SUMO化

SUMO化是將SUMO蛋白共價連接到靶蛋白特異性賴氨酸殘基上的過程。在哺乳動物大腦中表達3種SUMO蛋白：SUMO1、SUMO2、SUMO3，其中SUMO1優(yōu)先SUMO化Tau蛋白。在AD患者大腦中，SUMO化與泛素化競爭抑制Tau蛋白的降解。

5. Tau截斷

在多種Tau蛋白病中觀察到Tau截斷，說明其在Tau聚集和神經(jīng)退化中具有至關(guān)重要的作用。截斷的Tau蛋白，如Tau1-314、Tau1-368和Tau1-421，在樹突中顯示出聚集增強、定位錯誤。半胱氨酸蛋白酶（caspase 6和3）在Asp13和Asp421位點切割Tau。Caspase2在Asp314處截斷Tau，導致可逆的記憶缺陷。鈣蛋白酶介導的Tau裂解具有神經(jīng)毒性。天冬酰胺內(nèi)肽酶（Legumain）在N255和N368處截斷Tau，損害微管組裝和軸突伸長，同時促進Tau過度磷酸化。

6. Tau的其它PTMs

Tau存在甲基化、糖基化、O-GlcNAc、異構(gòu)化等翻譯后修飾。

甲基化促進Tau蛋白間的相互作用，抑制Tau聚集。N-糖基化促進Tau的過度磷酸化，O-糖基化反而防止Tau磷酸化和積累。Tau異構(gòu)化促進脯氨酸殘基重排。Pin1是一種肽基-脯氨酰順式/反式異構(gòu)酶，特異性異構(gòu)化磷酸化的Thr-Pro鍵。在AD和腦損傷患者中存在順式Tau，導致Tau過度磷酸化和神經(jīng)退化，而反式Tau更容易去磷酸化。

各種PTMs之間存在多種相關(guān)性。如去除泛素可以在Lys281發(fā)生乙酰化，高水平的SUMO化抑制Tau的泛素化和降解。不同位點的乙?；圆煌姆绞秸{(diào)節(jié)Tau的磷酸化，如K280位點的乙?；黾覶au在Ser199/202、Thr231、Ser202/Thr205和Ser422位點的磷酸化。

Tau蛋白：靶向治療的關(guān)鍵靶點

當Tau蛋白發(fā)生高度磷酸化、異常糖基化、異常泛素化等PTMs時，形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，導致神經(jīng)細胞死亡，驅(qū)動多種神經(jīng)退行性疾病發(fā)生。復雜多樣的翻譯后修飾為靶向Tau治療提供多種靶點。對Tau蛋白的表達、翻譯后修飾、聚集和降解等過程進行干預，為神經(jīng)退行性疾病的治療提供潛在靶點和思路。

Tau相關(guān)治療靶點（源自文獻：doi: 10.1038/s41582-023-00883-2）

Tau表達抑制劑和聚集抑制劑，可以抑制Tau蛋白的產(chǎn)生，減少有害聚集體的形成。通過調(diào)控細胞自噬或蛋白酶體系統(tǒng)，促進異常Tau蛋白降解。利用免疫系統(tǒng)的主動或被動識別并清除異常Tau蛋白。微管穩(wěn)定劑能夠校正因Tau蛋白異常導致的微管損傷。

靶向Tau蛋白修飾的治療策略有磷酸酶調(diào)節(jié)劑、激酶抑制劑、乙酰化抑制劑、去糖基化抑制劑和半胱天冬酶抑制劑等。Caspase抑制劑阻止Tau蛋白被半胱天冬酶切割，避免產(chǎn)生過多具有神經(jīng)毒性的Tau截斷。OGA抑制劑調(diào)節(jié)Tau蛋白的O-GlcNAc糖基化修飾。激酶抑制劑和磷酸酶激活劑，動態(tài)平衡Tau的磷酸化和去磷酸化。乙?；种苿┱{(diào)節(jié)Tau蛋白的活性和穩(wěn)定性。

除此之外，Tau免疫療法研究也在如火如荼的進行中。氨基末端、中間結(jié)構(gòu)域、微管結(jié)合區(qū)、錯誤折疊的Tau、p-Tau202、p-Tau231、p-Tau396/404、p-Tau409、p-Tau413、p-Tau422和寡聚Tau蛋白等可能是Tau抗原表位的有效靶點?？贵w、疫苗、抗體片段、PROTACs等傳統(tǒng)和新型免疫技術(shù)正在用于Tau蛋白病的治療開發(fā)中。

也許，靶向Tau療法的進展不會像大家希望的那樣迅速，但是Tau的胞內(nèi)定位、大小和復雜性使其成為比Aβ更具挑戰(zhàn)性的靶點。未來的研究將進一步揭示Tau蛋白的功能機制及其在疾病中的具體作用，為相關(guān)疾病的診斷和治療提供新的思路和方法。

Tau靶向療法的優(yōu)缺點

1藥物類型：反義寡核苷酸（Antisense oligonucleotides）

優(yōu)勢：

①降低總Tau水平，使聚集體解離，減少減輕病癥

②特異性靶向Tau

③在人體試驗中安全且耐受性良好

④降低人腦脊液（CSF）中Tau水平至基線以下

劣勢：

①降低非病理性Tau水平，可能會產(chǎn)生未知的后果

②在某些動物模型中，Tau敲除或敲低會導致認知和運動缺陷

2藥物類型：磷酸酶激活劑（Phosphatase activators）

優(yōu)勢：

①Tau去磷酸化，增加Tau與微管結(jié)合，降低Tau聚集

②PP2A負責大部分Tau蛋白的去磷酸化

劣勢：

①PP2A還參與代謝、基因表達、信號轉(zhuǎn)導、凋亡和細胞周期等過程，全身性抑制PP2A可能有脫靶效應

②在輕中度AD患者中，抑制PP2A不會降低CSF中的AD生物標志物水平

3藥物類型：激酶抑制劑（Kinase inhibitors）

優(yōu)勢：

①減少磷酸化，增加Tau與微管結(jié)合，降低Tau聚集

②激酶抑制劑鋰（Lithium）已被批準用于人體，且廣泛用于其他病癥

劣勢：

①靶向的激酶參與其他信號通路，如GSK3β影響代謝、自噬、DNA修復和細胞凋亡，全面抑制可能會有脫靶效應

②長期使用鋰有嚴重不良反應

③低劑量鋰對GSK3β活性無影響

4藥物類型：乙酰化抑制劑（Acetylation inhibitors）

優(yōu)勢：

①減少乙?；?，增加Tau與微管結(jié)合，調(diào)節(jié)磷酸化并促進Tau裂解，不易聚集

②雙水楊酸酯可減少乙酰化和總Tau水平，防止小鼠模型的海馬萎-縮并改善其記憶

③在人體試驗中安全且耐受性良好

劣勢：

①抑制乙?；瘯绊懚喾N分子，存在未知結(jié)果

②雙水楊酸酯不能改善人體認知能力和降低CSF中AD生物標志物水平

③雙水楊酸酯并非Tau特異性

5藥物類型：去糖基化抑制劑（Deglycosylation inhibitors）

優(yōu)勢：

①O-GlcNAc糖基化具有保護作用，可防止Tau磷酸化和聚集

②OGA抑制劑在臨床試驗中顯示出良好的腦滲透性和安全性

劣勢：

①不僅靶向tau蛋白，還影響代謝和信號功能

②O-GlcNAc糖基化與其他蛋白質(zhì)的生物學相關(guān)性未知

6藥物類型：半胱天冬酶抑制劑（Caspase inhibitors）

優(yōu)勢：阻斷Tau截斷，促進其與微管結(jié)合，抑制Tau蛋白聚集和毒性，并改善突觸和細胞器的功能

劣勢：

①半胱天冬酶不只切割Tau，還參與細胞因子激活和細胞凋亡

②米諾環(huán)素會產(chǎn)生不良反應

7藥物類型：Tau蛋白聚集抑制劑（Tau aggregation inhibitors）

優(yōu)勢：

①減少Tau聚集，降低其毒性

②比抗體更容易生產(chǎn)

③用于修飾Tau結(jié)合和腦攝取

劣勢：

①體外有效的抑制劑通常在體內(nèi)表現(xiàn)出毒性或缺乏血腦屏障通透性②通常與各種蛋白質(zhì)中的β折疊結(jié)合

③某些情況下，Tau聚焦可能是一種防御機制，防止較小聚集體的毒性

8藥物類型：微管穩(wěn)定劑（Microtubule stabilizers）

優(yōu)勢：可改善軸突運輸，并支持神經(jīng)元突起和樹突棘的維持

劣勢：

①治療窗口窄且在人體中存在顯著毒性

②TPI-287在人體測試中耐受性差，且顯示會使癡呆癥狀惡化，無法證實其腦滲透性

9藥物類型：主動免疫療法（Active immunotherapy）

優(yōu)勢：

①特異性靶向Tau蛋白

②主動免疫療法比被動免疫療法更具成本效益且持續(xù)時間更長

③在患者中誘導多克隆反應可能會進一步提高療效

劣勢：

①可能出現(xiàn)不可逆的不良免疫反應

②產(chǎn)生的抗體可能無法靶向表位

10藥物類型：被動免疫療法（Passive immunotherapy）

優(yōu)勢：

①特異性靶向Tau蛋白

②抗體可設計為靶向特定病理表位，根據(jù)疾病階段治療

③抗體或抗體片段可進一步修飾以增強清除

④如果停止治療，抗體將被清除，因此不良反應可能是可逆的

劣勢：

①可能出現(xiàn)不良免疫反應

②表位的選擇很重要

③需要細胞外和細胞內(nèi)清除

④人源化可能會改變抗體特性

SignalChem Biotech重組Tau蛋白庫

SignalChem Biotech（義翹神州全資子公司）重組Tau蛋白庫，涵蓋多種異構(gòu)體和磷酸化蛋白，可用于開發(fā)檢測磷酸化Tau217等生物標志物的方法、研究Tau修飾對神經(jīng)元功能和損傷的機制，已助力多篇文獻發(fā)表在期刊。高質(zhì)量的重組Tau蛋白已成為開發(fā)診斷檢測、探索靶向治療和推進藥物開發(fā)的重要工具。

免責聲明：義翹神州內(nèi)容團隊僅是分享和解讀公開的研究論文及其發(fā)現(xiàn)，專注于介紹生物醫(yī)藥研究新進展。本文僅作信息交流用，文中觀點不代表義翹神州立場。隨著對疾病機制研究的深入，新的實驗結(jié)果或結(jié)論可能會修改文中的描述，還請大家理解。

本文不屬于治療方案推薦，如需獲得治療方案指導，請前往正規(guī)醫(yī)院就診。本司產(chǎn)品目前僅可用于科學研究，不可用于臨床治療。

【參考文獻】

1. Parra Bravo, C., Naguib, S.A. & Gan, L. Cellular and pathological functions of tau. Nat Rev Mol Cell Biol 25, 845–864 (2024). doi.org/10.1038/s41580-024-00753-9

2. Jinwang Ye, et al. Targeting tau in Alzheimer's disease: from mechanisms to clinical therapy. Neural Regen Res. 2024 Jul 1;19(7):1489-1498.doi: 10.4103/1673-5374.385847

3. Congdon, E.E. et al. Tau-targeting therapies for Alzheimer disease: current status and future directions. Nat Rev Neurol 19, 715–736 (2023). doi.org/10.1038/s41582-023-00883-2