Tau蛋白與創傷性顱腦損傷

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·綜述·

Tau蛋白與創傷性顱腦損傷

王玉飛 綜述，楊曉莉，鄭靜晨 審校

(武警總醫院檢驗科，北京 100039)

關鍵詞:Tau蛋白；創傷性顱腦損傷；生物標志物

創傷性顱腦損傷(TBI)已成為當今社會威脅人類生命的主要疾病之一，準確判斷TBI后腦損害嚴重程度并評估預后對于臨床治療十分重要。目前的臨床和影像學技術尚不能準確評估腦損傷程度，也難以判斷預后，仍需要探索新的輔助手段，尋找簡便易行的觀察指標是研究顱腦外傷的一個重要課題。近年來對TBI的基礎研究較多，神經系統中一些特異性蛋白與TBI的相關性研究有很大的進展。Tau蛋白是一種神經元微管相關蛋白，具有促進微管蛋白聚合成微管和穩定微管結構的作用。已有研究結果顯示，Tau蛋白可作為TBI的生物標志物，用于TBI病情嚴重程度及預后的判斷，具有重要的臨床意義。

1Tau蛋白的結構與功能

Tau蛋白屬于微管相關蛋白家族，主要存在于神經元細胞的軸突。此外，Tau蛋白也可在樹突中發揮生理作用[1]。人Tau蛋白位于17號染色體長臂2區1帶(17q21)，含有16個外顯子。根據Tau蛋白與微管的相互作用和/或它們的氨基酸性質，可將Tau分子分為3個結構域：N末端酸性區，脯氨酸富含區和C末端功能區。C末端是與微管蛋白的結合部位，也稱為“結合區”。脯氨酸富含區含有大量的磷酸化位點，可與包含SH3結構域的蛋白相互作用。N末端酸性區又稱為“突出區域”，可與其他細胞骨架及細胞膜骨架結合。在健康成人大腦，因編碼基因mRNA的翻譯后修飾不同，Tau蛋白可形成6種同功異構體。這6種異構體主要表現為N端插入序列數目的不同(0N/1N/2N)以及微管結合重復區(3R/4R)數目的差異，每個異構體含有3(3R)或4個(4R)可與微管結合的重復區域。

Tau蛋白的主要功能：(1)結合微管等細胞骨架蛋白，促進微管形成。Tau蛋白結合的微管蛋白可作為微管組裝早期的核心，進而促進其他微管蛋白在此核心上延伸聚集形成微管。(2)維持已形成微管的穩定性，降低微管蛋白的解離，并誘導微管成束。(3)與其他蛋白相互作用，包括蛋白磷酸酶、酪氨酸激酶、Ser/Thr蛋白激酶等，Tau蛋白可調節這些蛋白的定位和功能[2]。此外，Tau蛋白還在神經系統的生成和軸突的信息傳遞中也起著重要的作用。

2Tau蛋白與顱腦損傷

2.1Tau蛋白可作為顱腦損傷嚴重程度及預后評估的指標Tau蛋白是一種存在于神經細胞內的蛋白，在軸突處濃度最高。正常情況下，血清和腦脊液中Tau蛋白的濃度極低。軸突損傷是TBI中比較常見的一種損傷形式，也是TBI預后不良的主要原因之一，可導致長期的腦功能受損。軸突受到損傷后Tau蛋白則會從神經細胞釋放入腦脊液中。腦挫裂傷、彌漫性軸索損傷等原發性顱腦損傷和腦水腫等繼發性顱腦損傷也可導致神經細胞壞死、崩解，Tau蛋白可釋放入細胞間隙和腦脊液中。同時，血腦屏障的破壞和通透性改變可使某些蛋白成分易通過血腦屏障釋放入血液和腦脊液中，導致腦損傷患者的血清和腦脊液中Tau蛋白濃度升高。這為腦損傷后檢測腦脊液和血液中Tau蛋白的濃度提供了理論依據。Zemlan等[3]對15例急性彌漫性軸索損傷患者腦脊液中的Tau蛋白濃度進行了檢測。與對照組相比，腦損傷患者腦脊液中Tau蛋白濃度增加了1 000倍以上，而且Tau蛋白濃度與損傷的嚴重程度呈正相關。研究表明，腦脊液中Tau蛋白的濃度可以反映腦損傷的嚴重程度。Franz等[4]觀察29例重度TBI患者傷后不同時間點腦脊液中Tau蛋白的濃度，發現Tau蛋白在創傷后很快升高，到第2周時達高峰，然后開始緩慢下降，傷后6周時Tau蛋白水平恢復到正常。Tau蛋白的動態變化可能反映了腦損傷后不同的病理生理情況。除了可用于判斷顱腦損傷的嚴重程度，Tau蛋白還可用于TBI患者的預后評估。Ost等[5]對39例重度TBI患者進行前瞻性研究，根據受試者腦脊液Tau蛋白濃度與格拉斯哥預后評分制成的受試者工作特征曲線分析顯示，傷后2～3 d腦脊液Tau蛋白水平大于702 pg/mL判斷預后不良和良好的靈敏度為83%，特異度為69%，傷后2～3 d腦脊液Tau蛋白水平大于2 126 pg/mL判斷死亡和生存的靈敏度為100%，特異度為81%。研究表明腦脊液中Tau蛋白濃度與患者預后相關性較好(R=0.42，P<0.001)，格拉斯哥預后評分越低，腦脊液Tau蛋白濃度越高。之后，又有多名學者的研究結果表明腦脊液中Tau蛋白與顱腦損傷嚴重程度和預后密切相關[6-7]。與腦脊液相比，有關血清Tau蛋白水平的實驗研究相對較少。Liliang等[8]對34例重度TBI患者的血清Tau蛋白進行了研究，結果表明血清Tau蛋白濃度也與TBI傷情嚴重程度相關。因此，腦脊液和血清中Tau蛋白水平與TBI的嚴重程度及預后的密切相關。除了重度TBI，輕度TBI(mTBI)也日益引起了大家的關注。mTBI有著持續、漸進、長期的破壞性影響，越來越多的證據顯示，mTBI可導致長期的灰質和白質萎縮，加速年齡相關的神經變性，并增大患阿爾茲海默病(AD)、帕金森氏病和運動神經元疾病的風險性。持續的mTBI可發展成為慢性創傷性腦病(CTE)[9]。近年來，CTE日益引起人們的重視，職業軍人、運動員以及有顱腦外傷病史的人群患CTE的風險明顯增加，有新聞報道將CTE稱為“賽場硬漢的頭號殺手”。目前，CTE只能在尸檢時確診。與其他神經退行性病變相比，CTE存在兩個特征性改變：腦血管周圍的神經元內的Tau蛋白螯合，以及腦溝底部細胞Tau蛋白聚集。因此，利用針對Tau蛋白的成像、腦脊液和血液生物標記來對慢性創傷性腦病進行診斷和監測具有重要的意義和應用前景[10]。已有研究結果顯示，爆破和運動等引起的mTBI時，血清中Tau蛋白的濃度發生改變[11-12]。2014年，Shahim等[12]在JAMA Neurol上發表的研究表明，職業冰球運動員發生運動相關的腦震蕩與急性軸突和星形膠質細胞的損傷相關，監測血清Tau蛋白的濃度可作為判斷運動員是否適合重返訓練的指標。因此，如果能夠通過監測Tau蛋白的濃度從而在早期預防控制CTE病情的發展將具有重要的意義。

2.2顱腦損傷與Tau蛋白的過度磷酸化磷酸化是Tau蛋白最常見的翻譯后修飾方式，在許多情況下磷酸化可以調節Tau蛋白結合微管或細胞膜。目前，在Tau分子中已經發現了85個磷酸化位點，不同位點的磷酸化對Tau 蛋白功能的影響不同。Tau 蛋白的磷酸化主要受磷酸激酶和磷酸酯酶的調控，受累神經元內磷酸激酶和(或)蛋白磷酸酯酶磷酸化系統失衡是導致Tau蛋白異常過度磷酸化的主要生化機制。Tau蛋白只有在正常磷酸化時才具有生物學功能。Tau蛋白的異常過度磷酸化，可引起微管解聚，影響物質在胞體和軸突樹突之間的運輸，最終導致神經元死亡，而這些與創傷性腦病的發生關系密切。Tran等[13]的研究發現，TBI后，可致Tau蛋白磷酸化的數種激酶在軸突內異常聚集，抑制激酶的活性可減少損傷軸突內磷酸化Tau蛋白的積聚。后期的研究將關注是否減少磷酸化Tau蛋白將有益于腦外傷的恢復。而就在2015年3月的Brain雜志上，Shultz等[14]的研究顯示，亞硒酸鈉通過降低過度磷酸化Tau蛋白的濃度可促進發生顱腦外傷大鼠的恢復和預后。這也提示，過度磷酸化的Tau蛋白可成為TBI治療的一個新的靶點。

2.3Tau蛋白與顱腦損傷后AD的關系AD是一種常見的神經退行性疾病，臨床表現為進行性認知障礙、記憶能力損害、語言及社交功能減退，乃至人格改變及生活能力喪失等，最終會導致死亡。AD的病因和發病機制目前還沒有形成最后的定論，但是研究表明，過度磷酸化的Tau蛋白可作為AD的病理標識物，而且腦脊液中Tau蛋白濃度的變化可用于AD診斷和預后評估[15]。TBI與AD的發病相關[16-17]。Nenetz等[18]對1 283例既往有過TBI記錄的病患進行回顧性研究，發現顱腦損傷可使AD的發病時間提前8年。由于Tau蛋白在AD發生過程中的重要作用，已有多個研究將Tau蛋白作為靶位藥物用于AD的治療。Cheng等[19]的研究結果顯示，減少Tau蛋白的濃度有助于減緩輕度TBI小鼠的空間學習和記憶障礙。這也提示，降低Tau蛋白的濃度有助于減緩TBI后AD的發生。

3Tau蛋白的檢測方法

目前檢測Tau蛋白的方法有：酶聯免疫吸附法、熒光免疫測定法、化學發光免疫法、放射免疫分析法或免疫放射測定法。測定原理相同，都是抗原抗體夾心法，可用于檢測腦脊液、血液、組織等標本，各有優缺點。熒光免疫測定法是以熒光色素標記的特異性抗體與待測抗原結合，測定熒光的強度以計算出標本中抗原的濃度。此法靈敏度較高，具有良好的可重復性，能實現自動化檢測，但儀器設備價格昂貴，因此不易于普及，尤其是在基層醫院。相對來說，酶聯免疫吸附法由于具有操作簡便、檢測時間短、無放射性污染、應用范圍廣、價格低廉等優點，更適于臨床常規應用。隨著檢測技術發展，基于納米金、電化學、光導纖維等的免疫學檢測方法相繼出現，這些方法大大提高了Tau蛋白的檢測限，使得Tau蛋白的檢測更加靈敏特異。

正常腦脊液中Tau蛋白的濃度為(119.4±30.4)ng/L，血清中Tau蛋白的濃度為(8.1±20.8)ng/L，但由于檢測標本、時間窗及檢測的方法不同，檢測結果可能稍有不同。腦脊液中Tau蛋白濃度隨著年齡的增長有緩慢增高的趨勢，但與性別無關。

4小結

TBI后腦損傷程度的定量評估及對疾病轉歸進行早期預測已成為臨床關注的熱點問題，而生物標志物的篩選研究是其中的一個重要方面。TBI后Tau蛋白的濃度在腦內增高并可大量出現在腦脊液內，是神經元損傷時十分有用的診斷標志物。隨著檢測技術的發展和成本的降低，Tau蛋白的檢測可作為判斷顱腦損傷嚴重程度及預測預后的重要臨床指標，尤其是對于較難以用影像學技術檢測的彌漫性軸索損傷和mTBI這類腦損傷更是具有重要的應用前景。

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(收稿日期：2015-06-20)

DOI:10.3969/j.issn.1673-4130.2016.01.034

文獻標識碼：A

文章編號：1673-4130(2016)01-0078-03

作者簡介：王玉飛，女，副研究員，主要從事疾病的分子診斷學研究。