靶向Tau治療阿爾茨海默癥的藥物研究進(jìn)展

關(guān)國凱，申志遠(yuǎn)，黃瑤，劉凱菲，李洋，馮祥乾，陳玲琳，陳毅飛

(桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541000)

0 引言

阿爾茨海默癥是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，以記憶認(rèn)知能力下降為主要發(fā)病癥狀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界的阿爾茨海默癥患者人數(shù)超過4600萬，到2050年預(yù)計(jì)達(dá)到1.315億[1]。2018年，全球?yàn)榇烁冻隽?180億美元的代價[2]。這些數(shù)據(jù)說明阿爾茨海默癥對人類的健康和生存產(chǎn)生了巨大的威脅，研究治療阿爾茨海默癥的藥物迫在眉睫，而Tau蛋白過度磷酸化引起的神經(jīng)纖維纏結(jié)是AD的病因之一，以Tau作為藥物研發(fā)靶點(diǎn)也受到人們越來越多的關(guān)注。

1 Tau蛋白的組成及生理功能

Tau蛋白由MAPT基因編碼，而MAPT基因則由染色體17q21上的16個外顯子組成。Tau蛋白在分子結(jié)構(gòu)上可分為四個區(qū)域：N末端酸性區(qū)、脯氨酸富集的區(qū)域、微管結(jié)合區(qū)和C末端。通常大腦中，由于mRNA的選擇性剪切，Tau蛋白主要具有六個不同的異構(gòu)體，它們的差異主要表現(xiàn)為N端插入序列的不同數(shù)量(0N/1N/2N)和微管耦合重疊區(qū)域(3R/4R)的不同數(shù)量[3]。在正常的成人大腦中，3R和4R兩種異構(gòu)體的比例大約是1:1，而在阿爾茨海默癥患者中3R和4R異構(gòu)體比例有著特定的差異[4]。

正常情況下，Tau蛋白是可溶的，這種可溶性有利于Tau蛋白與微管蛋白結(jié)合以促進(jìn)微管的聚合和穩(wěn)定[5]。同時，Tau通過局部的調(diào)節(jié)運(yùn)動控制神經(jīng)元微管，維持軸突運(yùn)輸平衡。在一個健康的神經(jīng)元中，Tau按近端到遠(yuǎn)端梯度濃度分布[6]。在細(xì)胞體中，較低的Tau濃度將會驅(qū)動蛋白有效地與微管結(jié)合并啟動物質(zhì)的順利運(yùn)輸，而突觸中較高的Tau濃度將促進(jìn)物質(zhì)的釋放。此外，Tau在軸突上的分布還能調(diào)節(jié)微管結(jié)合域內(nèi)位點(diǎn)的磷酸化和去磷酸化[7]。

2 Tau在阿爾茨海默癥中的病理變化

2.1 Tau過度磷酸化

正常情況下，Tau蛋白廣泛地分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種神經(jīng)元中，它們都是一種與微管有密切聯(lián)系的蛋白質(zhì)，能夠有效地調(diào)控微管蛋白質(zhì)的穩(wěn)定[8]。在阿爾茨海默病中，異常的高磷酸化Tau蛋白會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，首先聚集形成寡聚體，然后寡聚體再聚集成Tau低聚物，最后聚集成成對的螺旋絲，并以神經(jīng)原纖維纏結(jié)的形式積聚在神經(jīng)元中，從而影響軸突運(yùn)輸物質(zhì)。不僅如此，過度磷酸化的Tau蛋白積累并傳播，從內(nèi)嗅皮層傳至海馬體，再到其他腦區(qū)，最后引起突觸毒性和神經(jīng)元的死亡[9]。據(jù)文獻(xiàn)報道，絲氨酸Ser199、Ser202、Ser205、Ser262和蘇氨酸Thr231等位點(diǎn)的過度磷酸化都與神經(jīng)元中的前纏結(jié)有關(guān)[10]。另一方面，蛋白激酶和蛋白磷酸酶的調(diào)節(jié)失衡可以直接導(dǎo)致Tau蛋白的過度磷酸化。其中，糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)和蛋白磷酸酶2(PP2A)與Tau磷酸化關(guān)系最為密切。在AD患者腦中，降低PP2A活性[11]可激活GSK-3β，活化的GSK-3β通過核因子(NFKB)誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，促進(jìn)AD的發(fā)展[1]。

2.2 Tau過度乙?；?/h3>

乙酰化作為Tau蛋白賴氨酸側(cè)鏈氨基上的一種翻譯后修飾，在AD患者腦中比健康人更嚴(yán)重。過度乙?；腡au破壞了Tau介導(dǎo)的微管穩(wěn)定，并增強(qiáng)了Tau的聚集。Tau乙?；赏ㄟ^多種機(jī)制產(chǎn)生，包括乙?；窼IRT1的缺失，組蛋白去乙?；?(HDAC6)水平升高、組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶P300、cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)結(jié)合蛋白、自乙?；痆12]。因此，過度乙?；腡au，會促進(jìn)Tau聚集在一起，加快AD發(fā)展的進(jìn)程。

2.3 Tau的截?cái)?/h3>

Tau蛋白是一種天然的、無特殊折疊性的蛋白[13]。Tau蛋白的截?cái)嗍怯傻鞍酌该盖谢蛘咄ㄟ^其他方式產(chǎn)生Tau蛋白片段的過程，這些蛋白片段會使Tau蛋白發(fā)生錯誤的折疊，最后導(dǎo)致Tau蛋白的聚集及加快神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)程[14]。目前，與Tau蛋白截?cái)嗉敖到怅P(guān)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、鈣蛋白酶、凝血酶、組織蛋白酶、嘌呤霉素敏感性氨肽酶等[14]。另外，Tau還可被Capase3、6在羧基末端截?cái)郲15]。AD發(fā)生的情況下，活化的Capase截?cái)嗔薚au蛋白，被截?cái)嗟腡au抑制了與微管結(jié)合的能力，并促進(jìn)Tau聚集、線粒體功能紊亂和突觸功能障礙[16]。因此，深入研究Tau蛋白截?cái)嗟姆肿訖C(jī)理，對于我們認(rèn)識Tau蛋白對神經(jīng)退行性疾病的作用有著重大意義。

2.4 Tau的過度糖基化

糖基化是Tau蛋白一種重要的翻譯后修飾形式，與Tau蛋白的過度磷酸化密切相關(guān)[17]。研究表明，O-糖基化水平的降低可能是導(dǎo)致Tau蛋白過度磷酸化，形成神經(jīng)纖維纏結(jié)的誘因[18]。與此同時，研究發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白的O-糖基化和磷酸化在某些位點(diǎn)發(fā)生競爭，并且一些位點(diǎn)的糖基化將對其他位點(diǎn)磷酸化有一定的影響。另外，Gong等人[19]報道表明，在培養(yǎng)的細(xì)胞和大鼠大腦切片中，降低糖代謝后所致的O-糖基化水平下降，會使Tau蛋白過度磷酸化，從而導(dǎo)致神經(jīng)纖維的纏結(jié)，最后導(dǎo)致AD的發(fā)生。因此，Tau的過度糖基化水平促進(jìn)AD的發(fā)生發(fā)展。

2.5 Tau引起的細(xì)胞骨架功能障礙

微管是細(xì)胞骨架的重要組成部分，在細(xì)胞中起著確定膜性細(xì)胞器和運(yùn)輸模囊泡的作用。Tau蛋白與微管分離影響了微管動力和運(yùn)輸。過度磷酸化的Tau蛋白所致的Tau纖維絲，能選擇性阻止運(yùn)動蛋白介導(dǎo)的順向快速軸突轉(zhuǎn)運(yùn)，并分離運(yùn)動蛋白與囊泡。分離的囊泡分布不均，神經(jīng)元突觸末端囊泡不足，而胞體囊泡聚集，導(dǎo)致線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)速度減緩或停止[20]。此外，藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明Tau纖維絲對于微管蛋白的這種影響也可以由蛋白磷酸酶1和糖原合酶激酶3來介導(dǎo)[21]。

2.6 Tau蛋白降解途徑的損壞

溶酶體自噬系統(tǒng)可以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，特別是在神經(jīng)元內(nèi)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)上。已有研究表明，AD中，許多錯誤折疊的Tau蛋白不易降解。隨后，這些錯誤折疊的蛋白會直接破壞溶酶體內(nèi)和自噬機(jī)制，導(dǎo)致蛋白聚集和積累加劇[22]。因此，Tau蛋白降解途徑的損壞也可以促進(jìn)AD的病理發(fā)展。

2.7 Tau的聚集

細(xì)胞內(nèi)Tau蛋白聚集物濃度的逐漸增加，也可能占用了細(xì)胞內(nèi)代謝酶和線粒體的空間。細(xì)胞內(nèi)大分子密度約占細(xì)胞內(nèi)空間的30%-40%[23]。當(dāng)大分子密度增加超過這個值，會極大地阻礙代謝物和大分子的擴(kuò)散，導(dǎo)致擴(kuò)散受限，反應(yīng)速率呈指數(shù)級下降，影響細(xì)胞代謝。因此，防止或轉(zhuǎn)運(yùn)Tau聚集有可能改善細(xì)胞健康，防止Tau病理擴(kuò)散其他腦區(qū)[24]。

3 以Tau為靶點(diǎn)的AD的藥物研究

3.1 抑制磷酸化

如前面所述，磷酸激酶活性增強(qiáng)、磷酸酶活性下降都可以引起Tau過度磷酸化。有文獻(xiàn)報道一種GSK-3β拮抗劑SB290157可減少岡田酸誘導(dǎo)細(xì)胞表達(dá)的GSK-3β，以此降低Tau的過度磷酸化水平[25]。另外，Xiao-Long Shi等人[26]基于GSK-3β晶體結(jié)構(gòu)，通過合理藥物設(shè)計(jì)和分子對接模擬，發(fā)現(xiàn)B10是一個強(qiáng)有力的GSK-3β抑制劑。B10通過抑制GSK-3β激活，有效地降低了Ser9位點(diǎn)的磷酸化，最終減少SH-SY5Y細(xì)胞tau蛋白的過度磷酸化。

3.2 抑制乙酰化

根據(jù)Sang-Won Min等人[27]的研究報道，Lys174 (K174)位點(diǎn)的Tau乙酰化是AD腦的早期改變，也是Tau穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。同時他們發(fā)現(xiàn)小分子非甾體抗炎藥Salsalate，可通過組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶p300抑制Lys174位點(diǎn)Tau的乙酰化。此外，Sheng-Jun Fan等人[28]還發(fā)現(xiàn)一種組蛋白去乙酰化酶6抑制劑MPT0G211，可以有效減弱Tau蛋白在T231位點(diǎn)的磷酸化，并且能改善AD小鼠AD模型的認(rèn)知能力。

3.3 抑制Tau截?cái)?/h3>

Trot T. Rohn等人[29]運(yùn)用AD小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)化合物喹啉-天冬氨酸-[2,6-二氟苯氧基]-甲基酮(Q-VD-OPh)可以通過抑制Caspase7的激活，抑制Tau的截?cái)?，減緩神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成，達(dá)到治療AD的目的。此外，李璽等人[30]發(fā)現(xiàn)人參皂苷通過減少Caspase 3活性，防止Tau的截?cái)嗪徒Y(jié)構(gòu)改變，最終抑制神經(jīng)纖維的形成。

3.4 提高O-糖基化水平

提高Tau的O-糖基化水平對AD有一定的治療作用。MK-8719是一種選擇性強(qiáng)效的糖基轉(zhuǎn)移酶(OGA)小分子抑制劑，能增加O-糖基化水平，減少Tau磷酸化和聚集，目前已進(jìn)入臨床藥物試驗(yàn)階段[31]。此外，第五永長等人[32]研究發(fā)現(xiàn)，由人參、半夏、茯神、附子、菖蒲組成的洗心湯能夠改善老年性癡呆模型大鼠腦組織能量代謝及糖代謝，增加Tau蛋白的O-糖基化水平，從而抑制Tau蛋白過度磷酸化及其毒性。

3.5 微管穩(wěn)定劑

Tau蛋白屬于微管相關(guān)蛋白家族，通過提高微管的穩(wěn)定性，可以減緩Tau蛋白的磷酸化進(jìn)程。上皮細(xì)胞素D[33]，增加了Tau轉(zhuǎn)基因小鼠的微管數(shù)量，減少了形態(tài)異常的軸突數(shù)量。NAP[34]是一種來源于活性依賴神經(jīng)保護(hù)蛋白的8個氨基酸片段，可降低Tau和淀粉樣蛋白的病理水平，改善了認(rèn)知和微管的軸突轉(zhuǎn)運(yùn)。TPL287[35]，是一種紫杉醇類似物，它不僅能跨越血腦屏障，提高大鼠的學(xué)習(xí)能力和記憶能力，還可以穩(wěn)定微管，降低Tau蛋白磷酸化水平。

3.6 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)降解

羅利普蘭則是環(huán)核苷酸磷酸二酯酶PDE4的選擇性抑制劑，通過抑制PDE4降解來增加大腦中的cAMP水平，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有保護(hù)作用[36]。同時，由HaibiaoGuo等人[37]研究發(fā)現(xiàn)的PDE4選擇性抑制劑FFPM，通過cAMP/PKA/CREB信號傳導(dǎo)和抗炎作用，逆轉(zhuǎn)APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠的學(xué)習(xí)和記憶缺陷。FFPM和羅利普蘭相比，催吐作用更小，口服后具有更好的腦透性，有可能成為治療AD有效的PDE4抑制劑。

3.7 Tau聚集抑制劑

亞甲基藍(lán)[38]，是一種tau蛋白聚集抑制劑，能有效穿過血腦屏障，并在全身給藥后選擇性地穿透神經(jīng)元，特別是海馬細(xì)胞，可減少Tau聚集。另外有文獻(xiàn)報道，姜黃素作為一種生姜的天然成分之一，具有抗氧化和抗炎特性，還可以與Aβ蛋白結(jié)合，防止Tau聚集[39]。最近經(jīng)過Wenjie Liu等人[40]運(yùn)用金屬離子配位對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改造，在維持姜黃素活性不變的基礎(chǔ)上，提升了生物利用度。

4 小結(jié)

綜上所述，以Tau為靶點(diǎn)，研究治療AD的藥物不在少數(shù)，許多研發(fā)藥物的臨床前實(shí)驗(yàn)效果明顯，但在臨床試驗(yàn)上依然充滿挑戰(zhàn)。這值得我們?nèi)ニ伎既绾蝺?yōu)化我們的實(shí)驗(yàn)研究，是否應(yīng)該以臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。同時，應(yīng)該更加關(guān)注和思考Tau與其他誘發(fā)AD病因之間的聯(lián)系，以此研究開發(fā)多靶點(diǎn)的新藥。希望在不久的將來，我們能打破Tau靶點(diǎn)藥物臨床試驗(yàn)的瓶頸，將此類藥物應(yīng)用到AD患者身上。