聚焦Tau蛋白修飾：揭開神經(jīng)退行性疾病靶點(diǎn)的神秘面紗

聚焦Tau蛋白修飾：揭開神經(jīng)退行性疾病熱門靶點(diǎn)的神秘面紗前言在神經(jīng)退行性疾病的研究領(lǐng)域，阿爾茨海默病（AD）猶如一場(chǎng)無聲的風(fēng)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(jī)制的過程中，那些曾經(jīng)看起來遙不可及的治療靶點(diǎn)又有怎樣的進(jìn)展呢？現(xiàn)在，我們就一起走進(jìn)AD研究的前沿陣地，了解Tau靶向治療的新進(jìn)展吧！Tau蛋白概述研究已經(jīng)證實(shí)，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?cái)嗟?。異常的PTMs造成Tau蛋白在細(xì)胞內(nèi)的錯(cuò)誤定位和異常聚集，導(dǎo)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(rèn)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(gè)強(qiáng)有力的靶點(diǎn)。Tau靶向療法正在如火如荼地開展，多種策略齊頭并進(jìn)。如以降低Tau表達(dá)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）。SignalChemBiotech（義翹神州全資子公司）建立了產(chǎn)品齊全的重組Tau蛋白庫(kù)，涵蓋多種異構(gòu)體和磷酸化蛋白，已成為開發(fā)診斷檢測(cè)、探索靶向治療和推進(jìn)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(jìn)微管的組裝并穩(wěn)定微管網(wǎng)絡(luò)。在少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞中存在較低濃度的Tau蛋白。Tau蛋白由17號(hào)染色體（17q21-q22）上的MAPT基因編碼，包含16個(gè)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(dǎo)致Tau蛋白的N端差異，外顯子10導(dǎo)致Tau蛋白含3個(gè)或4個(gè)微管結(jié)合重復(fù)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(xiàn)：doi:10.1038/s41580-024-00753-9）Tau蛋白在神經(jīng)元細(xì)胞骨架中具有重要作用。神經(jīng)元細(xì)胞骨架由微絲、微管和中間絲組成，微管負(fù)責(zé)維持神經(jīng)元的形態(tài)及物質(zhì)運(yùn)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(jìn)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(xì)調(diào)控。據(jù)統(tǒng)計(jì)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?cái)?、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(diǎn)（源自文獻(xiàn)：doi:10.4103/1673-5374.385847）其中磷酸化、乙?；吞腔谏砗筒±?xiàng)l件下都會(huì)發(fā)生。磷酸化受多種激酶和磷酸酶調(diào)控，不同位點(diǎn)的磷酸化對(duì)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(jìn)Tau降解，但也可能增加其聚集。SUMO化抑制Tau降解并促進(jìn)其磷酸化。截?cái)喈a(chǎn)生的片段能增強(qiáng)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(jī)制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(duì)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(zhǎng)的Tau亞型（2N4R，Tau-441）大約有80個(gè)潛在的絲氨酸和蘇氨酸磷酸化位點(diǎn)，上圖中標(biāo)注了在AD中發(fā)現(xiàn)的近40個(gè)磷酸化位點(diǎn)。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(dǎo)向蛋白激酶（PDPKs）、非脯氨酸導(dǎo)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、p38MAPK、Fyn等激酶表達(dá)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(gè)位點(diǎn)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。激酶種類代表性激酶PDPKs糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDK2、CDK5）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）、c-Jun激酶家族（JNK）non-PDPKsCa2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II（CaMKII）、環(huán)磷酸腺苷依賴性蛋白激酶A（PKA）、蛋白激酶B（PKB）、蛋白激酶N（PKN）、酪蛋白激酶1/2（CK1、CK2）、tau-微管蛋白激酶1/2（MARK1/2）、雙特異性酪氨酸磷酸化調(diào)節(jié)激酶1A（DYRK1A）、微管親和力調(diào)節(jié)激酶（MARK）TKs富含脯氨酸的酪氨酸激酶2（Pyk2）、淋巴細(xì)胞特異性蛋白酪氨酸激酶（Fyn）、脾酪氨酸激酶（SYK）、ABL激酶Tau蛋白磷酸化受蛋白激酶和磷酸酶動(dòng)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(jī)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(dá)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(dǎo)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(dá)CIP2A導(dǎo)致Tau蛋白在神經(jīng)元樹突中的錯(cuò)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(biāo)志性病理，但Tau的具體磷酸化位點(diǎn)可能在其生理和病理機(jī)制中具有相反的作用。如GSK-3β和CDK5介導(dǎo)的Ser202、Thr231位點(diǎn)的磷酸化，促進(jìn)Tau聚集、神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFTs）形成和突出損傷，但p38MAPK介導(dǎo)的Thr205位點(diǎn)的磷酸化能防止β-淀粉樣蛋白誘導(dǎo)的早期AD細(xì)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(diǎn)在Tau病理和認(rèn)知功能障礙中具有不同的作用。因此，靶向Tau磷酸化時(shí)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。Tau乙?；疶au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(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）被鑒定為Tau乙酰轉(zhuǎn)移酶。乙?；哂袣埢禺愋裕鏛ys163、Lys281、Lys274、Lys280、Lys174和Lys369的乙?；乐筎au降解，Lys259、Lys290、Lys321和Lys353的乙?；种芓au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?；Ｒ种芐IRT1的表達(dá)或HDAC6表達(dá)缺失會(huì)加速Tau病理和認(rèn)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?；侵委熑祟怲au蛋白病的新型治療方法。Tau泛素化泛素化是將一個(gè)或多個(gè)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(gè)泛素化位點(diǎn)。泛素化通過泛素-蛋白酶體系促進(jìn)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(dǎo)的Lys63多泛素化增強(qiáng)蛋白酶體靶向Tau的清除率。泛素化抑制Tau介導(dǎo)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。TauSUMO化SUMO化是將SUMO蛋白共價(jià)連接到靶蛋白特異性賴氨酸殘基上的過程。在哺乳動(dòng)物大腦中表達(dá)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(jìng)爭(zhēng)抑制Tau蛋白的降解。Tau截?cái)嘣诙喾NTau蛋白病中觀察到Tau截?cái)?，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?cái)嗟腡au蛋白，如Tau1-314、Tau1-368和Tau1-421，在樹突中顯示出聚集增強(qiáng)、定位錯(cuò)誤。半胱氨酸蛋白酶（caspase6和3）在Asp13和Asp421位點(diǎn)切割Tau。Caspase2在Asp314處截?cái)郥au，導(dǎo)致可逆的記憶缺陷。鈣蛋白酶介導(dǎo)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?cái)郥au，損害微管組裝和軸突伸長(zhǎng)，同時(shí)促進(jìn)Tau過度磷酸化。Tau的其它PTMsTau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(jìn)Tau蛋白間的相互作用，抑制Tau聚集。N-糖基化促進(jìn)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(jìn)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(dǎo)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?；?，高水平的SUMO化抑制Tau的泛素化和降解。不同位點(diǎn)的乙?；圆煌姆绞秸{(diào)節(jié)Tau的磷酸化，如K280位點(diǎn)的乙?；黾覶au在Ser199/202、Thr231、Ser202/Thr205和Ser422位點(diǎn)的磷酸化。Tau蛋白：靶向治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)當(dāng)Tau蛋白發(fā)生高度磷酸化、異常糖基化、異常泛素化等PTMs時(shí)，形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡，驅(qū)動(dòng)多種神經(jīng)退行性疾病發(fā)生。復(fù)雜多樣的翻譯后修飾為靶向Tau治療提供多種靶點(diǎn)。對(duì)Tau蛋白的表達(dá)、翻譯后修飾、聚集和降解等過程進(jìn)行干預(yù)，為神經(jīng)退行性疾病的治療提供潛在靶點(diǎn)和思路。Tau相關(guān)治療靶點(diǎn)（源自文獻(xiàn)：doi:10.1038/s41582-023-00883-2）Tau表達(dá)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(xì)胞自噬或蛋白酶體系統(tǒng)，促進(jìn)異常Tau蛋白降解。利用免疫系統(tǒng)的主動(dòng)或被動(dòng)識(shí)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(dǎo)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?cái)?。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(dòng)態(tài)平衡Tau的磷酸化和去磷酸化。乙酰化抑制劑調(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(jìn)行中。氨基末端、中間結(jié)構(gòu)域、微管結(jié)合區(qū)、錯(cuò)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(diǎn)。抗體、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(jìn)展不會(huì)像大家希望的那樣迅速，但是Tau的胞內(nèi)定位、大小和復(fù)雜性使其成為比Aβ更具挑戰(zhàn)性的靶點(diǎn)。未來的研究將進(jìn)一步揭示Tau蛋白的功能機(jī)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(diǎn)1藥物類型：反義寡核苷酸（Antisenseoligonucleotides）優(yōu)勢(shì)：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Tau③在人體試驗(yàn)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(shì)：①降低非病理性Tau水平，可能會(huì)產(chǎn)生未知的后果②在某些動(dòng)物模型中，Tau敲除或敲低會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)缺陷2藥物類型：磷酸酶激活劑（Phosphataseactivators）優(yōu)勢(shì)：①Tau去磷酸化，增加Tau與微管結(jié)合，降低Tau聚集②PP2A負(fù)責(zé)大部分Tau蛋白的去磷酸化劣勢(shì)：①PP2A還參與代謝、基因表達(dá)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、凋亡和細(xì)胞周期等過程，全身性抑制PP2A可能有脫靶效應(yīng)②在輕中度AD患者中，抑制PP2A不會(huì)降低CSF中的AD生物標(biāo)志物水平3藥物類型：激酶抑制劑（Kinaseinhibitors）優(yōu)勢(shì)：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(zhǔn)用于人體，且廣泛用于其他病癥劣勢(shì)：①靶向的激酶參與其他信號(hào)通路，如GSK3β影響代謝、自噬、DNA修復(fù)和細(xì)胞凋亡，全面抑制可能會(huì)有脫靶效應(yīng)②長(zhǎng)期使用鋰有嚴(yán)重不良反應(yīng)③低劑量鋰對(duì)GSK3β活性無影響4藥物類型：乙?；种苿ˋcetylationinhibitors）優(yōu)勢(shì)：①減少乙?；?，增加Tau與微管結(jié)合，調(diào)節(jié)磷酸化并促進(jìn)Tau裂解，不易聚集②雙水楊酸酯可減少乙?；涂俆au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(yàn)中安全且耐受性良好劣勢(shì)：①抑制乙?；瘯?huì)影響多種分子，存在未知結(jié)果②雙水楊酸酯不能改善人體認(rèn)知能力和降低CSF中AD生物標(biāo)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（Deglycosylationinhibitors）優(yōu)勢(shì)：①O-GlcNAc糖基化具有保護(hù)作用，可防止Tau磷酸化和聚集②OGA抑制劑在臨床試驗(yàn)中顯示出良好的腦滲透性和安全性劣勢(shì)：①不僅靶向tau蛋白，還影響代謝和信號(hào)功能②O-GlcNAc糖基化與其他蛋白質(zhì)的生物學(xué)相關(guān)性未知6藥物類型：半胱天冬酶抑制劑（Caspaseinhibitors）優(yōu)勢(shì)：阻斷Tau截?cái)啵龠M(jìn)其與微管結(jié)合，抑制Tau蛋白聚集和毒性，并改善突觸和細(xì)胞器的功能劣勢(shì)：①半胱天冬酶不只切割Tau，還參與細(xì)胞因子激活和細(xì)胞凋亡②米諾環(huán)素會(huì)產(chǎn)生不良反應(yīng)7藥物類型：Tau蛋白聚集抑制劑（Tauaggregationinhibitors）優(yōu)勢(shì)：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(shì)：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(jī)制，防止較小聚集體的毒性8藥物類型：微管穩(wěn)定劑（Microtubulestabilizers）優(yōu)勢(shì)：可改善軸突運(yùn)輸，并支持神經(jīng)元突起和樹突棘的維持劣勢(shì)：①治療窗口窄且在人體中存在顯著毒性②TPI-287在人體測(cè)試中耐受性差，且顯示會(huì)使癡呆癥狀惡化，無法證實(shí)其腦滲透性9藥物類型：主動(dòng)免疫療法（Activeimmunotherapy）優(yōu)勢(shì)：①特異性靶向Tau蛋白②主動(dòng)免疫療法比被動(dòng)免疫療法更具成本效益且持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)③在患者中誘導(dǎo)多克隆反應(yīng)可能會(huì)進(jìn)一步提高療效劣勢(shì)：①可能出現(xiàn)不可逆的不良免疫反應(yīng)②產(chǎn)生的抗體可能無法靶向最佳表位10藥物類型：被動(dòng)免疫療法（Passiveimmunotherapy）優(yōu)勢(shì)：①特異性靶向Tau蛋白②抗體可設(shè)計(jì)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(jìn)一步修飾以增強(qiáng)清除④如果停止治療，抗體將被清除，因此不良反應(yīng)可能是可逆的劣勢(shì)：①可能出現(xiàn)不良免疫反應(yīng)②表位的選擇很重要③最佳療效需要細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)清除④人源化可能會(huì)改變抗體特性SignalChemBiotech重組Tau蛋白庫(kù)SignalChemBiotech（義翹神州全資子公司）重組Tau蛋白庫(kù)，涵蓋多種異構(gòu)體和磷酸化蛋白，可用于開發(fā)檢測(cè)磷酸化Tau217等生物標(biāo)志物的方法、研究Tau修飾對(duì)神經(jīng)元功能和損傷的機(jī)制，已助力多篇文獻(xiàn)發(fā)表在頂級(jí)