磷酸化Tau蛋白與缺血性腦血管病的相關性研究進展

【摘要】 Tau蛋白高度磷酸化形成的神經(jīng)無纖維纏結被認為是Alzheimer病的特征性病理改變之一。近年的研究表明，在缺血性腦損傷后，Tau蛋白免疫反應性明顯增強，因此Tau蛋白也可能參與了缺血后腦損傷的發(fā)生與發(fā)展。本文就腦缺血損傷后Tau蛋白在腦組織中的表達、作用機制進行綜述。

【關鍵詞】 磷酸化Tau蛋白； 腦缺血

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Tau蛋白主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突中，以往人們對Tau蛋白與神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病之間的關系研究較多，但近幾年研究發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白也參與了缺血性腦損傷。

1 Tau蛋白的結構、分布和功能

1.1 Tau蛋白的結構 Tau蛋白是一種相對分子質(zhì)量較小的微管相關蛋白（microtubule-associated protein，MAP）。人Tau蛋白由16個外顯子構成的單基因編碼，位于17q21。成人腦中外顯子2、3、10通過不同剪接形成6種不同形式的Tau蛋白，分別以Tau1~Tau6命名，長度約352～441個氨基酸，相對分子質(zhì)量為（48～67）×103。Tau分子有四個結構區(qū):氨基末端區(qū)，脯氨酸富含區(qū)，微管結合區(qū)，碳末端區(qū)。其氨基末端長度不定，可插入額外的外顯子，并可以和肝素結合^［1］，脯氨酸富含區(qū)包含大量的磷酸化位點，與模體PPXXP或PXXP相鄰，該模體與包含SH3結構域的蛋白相互作用^［2］。微管結合結構域包含3～4個重復序列，這些重復片段由18個高度保守的氨基酸殘基序列13～14個氨基酸保守序列組成這一重復序列只在成人腦中表達。碳末端也包含有一個脯氨酸富含區(qū)，存在磷酸化位點。有研究顯示，Tau蛋白在Ser199，Ser202，Thr231，Ser396，Ser413等位點發(fā)生磷酸化。正常Tau蛋白是一種含磷蛋白質(zhì)，每摩爾Tau含磷量為2～3 mol。

1.2 Tau蛋白的分布 Tau蛋白主要在中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的軸突表達，存在于星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞內(nèi)，在外周神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元軸突也有表達^［3］。其亞細胞定位在細胞質(zhì)，然而有報道Tau蛋白也在質(zhì)膜上存在，該結合通過Tau蛋白的N末端進行，脯氨酸富含區(qū)的磷酸化則阻止了Tau蛋白的這種結合^［4］。

1.3 Tau蛋白的功能 Tau蛋白是一種主要的神經(jīng)細胞骨架蛋白，正常生理條件下Tau可促進微管蛋白聚集成微管并增強其穩(wěn)定性，維持細胞的生長發(fā)育，并且在神經(jīng)系統(tǒng)的生成和軸突的信息傳遞中也起到至關重要的作用^［5］。最新研究發(fā)現(xiàn)，Tau可能還有其他生物活性。

2 腦缺血損傷后Tau蛋白表達的變化

1993年，Hesse^［6］對卒中患者腦脊液中的Tau蛋白進行了研究，他發(fā)現(xiàn)患者腦脊液中的Tau蛋白在卒中后第2～3天開始升高達正常參考值的1.28倍，到第3周，腦脊液中的Tau蛋白量達正常參考值的3倍，持續(xù)升高直到3～5個月后才下降至正常水平，表明Tau蛋白是神經(jīng)元缺血性損傷較為敏感的標志。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后Tau蛋白表達明顯增加。Irving等^［7］發(fā)現(xiàn)大鼠 MCAO 24 h后在少突膠質(zhì)細胞（oligodendrocyte，OLG）中Tau1染色蛋白明顯增強，40 min后同側白質(zhì)OLG中Tau蛋白增強6～8倍，且Tau蛋白免疫反應性呈時間依賴性快速增強。在以后的工作Lrving又進一步證實上述觀點^［8］。Lorio等^［9］觀察發(fā)現(xiàn)Wistar大鼠MCAO 90 min再灌注24 h和3 d后腦缺血組織中Tau蛋白表達增加并達到高峰。Green等^［10］研究大鼠全腦缺血15 min，Tau蛋白磷酸化活性增強。同樣，Minger等^［11］發(fā)現(xiàn)持續(xù)性局灶性腦缺血大鼠缺血6 h后Tau蛋白表達增加（局灶性腦缺血后Tau蛋白免疫反應性增加的作用機制可能是磷酸化狀態(tài)的改變造成的）。Sinigaglia等^［12］將大鼠雙側頸總動脈夾閉同時放血造成低血壓，10 min后再灌注，2個月后出現(xiàn)AD樣病理改變：（1）海馬出現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞；（2）皮質(zhì)有β-淀粉樣斑塊形成；（3）細胞內(nèi)有異常磷酸化的Tau蛋白。

3 Tau蛋白的過度磷酸化及其毒性作用

實驗研究證明，腦缺血損傷后，主要導致Tau蛋白的過度磷酸化。受累神經(jīng)元內(nèi)蛋白激酶和（或）蛋白磷酸酯酶磷酸化系統(tǒng)失衡是導致Tau異常過度磷酸化的主要生化機制。在Tau的磷酸化調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用的是絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酯酶。異常過度磷酸化的Tau是通過獲取細胞毒性作用，而不是因為喪失正常生物活性來引起神經(jīng)退行性病變。Tau的異常過度磷酸化，引起微管解聚，影響物質(zhì)在胞體和軸突樹突之間的運輸，最終導致神經(jīng)元死亡和癡呆。另外，Tau的異常過度磷酸化，一方面使其容易相互聚積成PHF，另一方面促其與微管分離從而增加神經(jīng)元胞漿中Tau的濃度。后者進一步促使PHF形成。聚積成PHF的Tau繼續(xù)進行泛素化、非酶促糖基化、聚氨基化、硝酸化和部分水解等修飾，從而形成晚期PHF/NFT。與未聚積成PHF的異常過度磷酸化Tau不同，形成PHF/NFT的Tau似乎沒有細胞毒性，但當其充滿整個神經(jīng)細胞后也會加速神經(jīng)元的死亡。

4 Tau蛋白與Aβ

由于Aβ和Tau是AD病理改變中重要的標記性蛋白，兩者是否存在相互聯(lián)系也引起了人們的廣泛興趣。使用免疫組化的方法用抗PHF-Tau抗體標記AD腦中神經(jīng)突觸，PHF-Tau陽性的神經(jīng)突觸幾乎都存在于淀粉樣沉淀斑塊中或其周圍^［13］。這些資料表明了Tau蛋白可以與APP特異部位尤其Aβ結構域結合，該改變可能發(fā)生在AD病理過程中。也有研究探索了Aβ沉積對Tau蛋白磷酸化的影響。吳琪等人在大鼠海馬內(nèi)注射線絲狀Aβ，利用免疫組化染色方法觀察神經(jīng)元Ser202位點磷酸化的Tau蛋白(PS202-Tau)表達的變化，發(fā)現(xiàn)右側海馬注射Aβ42組雙側海馬PS202-Tau的表達明顯高于正常組和對照組。提示Aβ42具有誘導Tau蛋白超磷酸化的效應^［14］。Rapoport等^［15］從另一方面驗證了Tau蛋白對于Aβ發(fā)揮毒性所必不可缺的作用。分別取野生型、Tau基因敲除純合子、轉入人類Tau基因的Tau先天缺乏鼠的胚胎海馬神經(jīng)元培養(yǎng)4周后，與Aβ纖維共孵育。24 h后Tau敲除的海馬神經(jīng)元沒有觀察到變性壞死，甚至96 h后，仍有（0.85±0.07）的神經(jīng)元呈現(xiàn)出正常的形態(tài)特征。而野生型的海馬神經(jīng)元細胞在加入Aβ共同孵育24 h后有明顯突觸變性，96 h后，（0.90±0.05）的突觸顯示完全變性，（0.87±0.07）的神經(jīng)元壞死。這一結果表明，Tau蛋白在Aβ纖維沉淀引起突觸變性的機制中可能起到關鍵性的作用。

腦缺血患者及動物模型腦Tau蛋白發(fā)生異常改變，說明Tau蛋白參與腦缺血損傷的病理生理過程。因此，以Tau蛋白為靶點防止腦缺血損傷有可能成為新的治療途徑。

參 考 文 獻

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（收稿日期:2011-11-07）

（本文編輯：李靜）