磷酸化Tau蛋白与缺血性脑血管病的相关性研究进展

【摘要】 Tau蛋白高度磷酸化形成的神经无纤维缠结被认为是Alzheimer病的特征性病理改变之一。近年的研究表明,在缺血性脑损伤后,Tau蛋白免疫反应性明显增强，因此Tau蛋白也可能参与了缺血后脑损伤的发生与发展。本文就脑缺血损伤后Tau蛋白在脑组织中的表达、作用机制进行综述。

【关键词】 磷酸化Tau蛋白； 脑缺血

Tau蛋白主要存在于中枢神经系统轴突中,以往人们对Tau蛋白与神经系统变性疾病之间的关系研究较多,但近几年研究发现,Tau蛋白也参与了缺血性脑损伤。

1 Tau蛋白的结构、分布和功能

1.1 Tau蛋白的结构 Tau蛋白是一种相对分子质量较小的微管相关蛋白（microtubule-associated protein，MAP）。人Tau蛋白由16个外显子构成的单基因编码，位于17q21。成人脑中外显子2、3、10通过不同剪接形成6种不同形式的Tau蛋白，分别以Tau1~Tau6命名，长度约352～441个氨基酸，相对分子质量为（48～67）×103。Tau分子有四个结构区:氨基末端区，脯氨酸富含区，微管结合区，碳末端区。其氨基末端长度不定,可插入额外的外显子,并可以和肝素结合［1］，脯氨酸富含区包含大量的磷酸化位点,与模体PPXXP或PXXP相邻,该模体与包含SH3结构域的蛋白相互作用［2］。微管结合结构域包含3～4个重复序列,这些重复片段由18个高度保守的氨基酸残基序列13～14个氨基酸保守序列组成这一重复序列只在成人脑中表达。碳末端也包含有一个脯氨酸富含区,存在磷酸化位点。有研究显示，Tau蛋白在Ser199，Ser202，Thr231，Ser396，Ser413等位点发生磷酸化。正常Tau蛋白是一种含磷蛋白质，每摩尔Tau含磷量为2～3 mol。

1.2 Tau蛋白的分布 Tau蛋白主要在中枢神经系统神经元的轴突表达,存在于星形胶质细胞和少突胶质细胞内,在外周神经系统的神经元轴突也有表达［3］。其亚细胞定位在细胞质,然而有报道Tau蛋白也在质膜上存在,该结合通过Tau蛋白的N末端进行,脯氨酸富含区的磷酸化则阻止了Tau蛋白的这种结合［4］。

1.3 Tau蛋白的功能 Tau蛋白是一种主要的神经细胞骨架蛋白,正常生理条件下Tau可促进微管蛋白聚集成微管并增强其稳定性,维持细胞的生长发育,并且在神经系统的生成和轴突的信息传递中也起到至关重要的作用［5］。最新研究发现,Tau可能还有其他生物活性。

2 脑缺血损伤后Tau蛋白表达的变化

1993年,Hesse［6］对卒中患者脑脊液中的Tau蛋白进行了研究,他发现患者脑脊液中的Tau蛋白在卒中后第2～3天开始升高达正常参考值的1.28倍,到第3周,脑脊液中的Tau蛋白量达正常参考值的3倍,持续升高直到3～5个月后才下降至正常水平,表明Tau蛋白是神经元缺血性损伤较为敏感的标志。近年来的研究发现，脑缺血后Tau蛋白表达明显增加。Irving等［7］发现大鼠 MCAO 24 h后在少突胶质细胞（oligodendrocyte，OLG）中Tau1染色蛋白明显增强，40 min后同侧白质OLG中Tau蛋白增强6～8倍，且Tau蛋白免疫反应性呈时间依赖性快速增强。在以后的工作Lrving又进一步证实上述观点［8］。Lorio等［9］观察发现Wistar大鼠MCAO 90 min再灌注24 h和3 d后脑缺血组织中Tau蛋白表达增加并达到高峰。Green等［10］研究大鼠全脑缺血15 min，Tau蛋白磷酸化活性增强。同样，Minger等［11］发现持续性局灶性脑缺血大鼠缺血6 h后Tau蛋白表达增加（局灶性脑缺血后Tau蛋白免疫反应性增加的作用机制可能是磷酸化状态的改变造成的）。Sinigaglia等［12］将大鼠双侧颈总动脉夹闭同时放血造成低血压，10 min后再灌注，2个月后出现AD样病理改变：（1）海马出现星形胶质细胞；（2）皮质有β-淀粉样斑块形成；（3）细胞内有异常磷酸化的Tau蛋白。

3 Tau蛋白的过度磷酸化及其毒性作用

实验研究证明，脑缺血损伤后，主要导致Tau蛋白的过度磷酸化。受累神经元内蛋白激酶和（或）蛋白磷酸酯酶磷酸化系统失衡是导致Tau异常过度磷酸化的主要生化机制。在Tau的磷酸化调节中发挥重要作用的是丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酯酶。异常过度磷酸化的Tau是通过获取细胞毒性作用,而不是因为丧失正常生物活性来引起神经退行性病变。Tau的异常过度磷酸化,引起微管解聚,影响物质在胞体和轴突树突之间的运输，最终导致神经元死亡和痴呆。另外,Tau的异常过度磷酸化，一方面使其容易相互聚积成PHF,另一方面促其与微管分离从而增加神经元胞浆中Tau的浓度。后者进一步促使PHF形成。聚积成PHF的Tau继续进行泛素化、非酶促糖基化、聚氨基化、硝酸化和部分水解等修饰,从而形成晚期PHF/NFT。与未聚积成PHF的异常过度磷酸化Tau不同,形成PHF/NFT的Tau似乎没有细胞毒性,但当其充满整个神经细胞后也会加速神经元的死亡。

4 Tau蛋白与Aβ

由于Aβ和Tau是AD病理改变中重要的标记性蛋白,两者是否存在相互联系也引起了人们的广泛兴趣。使用免疫组化的方法用抗PHF-Tau抗体标记AD脑中神经突触,PHF-Tau阳性的神经突触几乎都存在于淀粉样沉淀斑块中或其周围［13］。这些资料表明了Tau蛋白可以与APP特异部位尤其Aβ结构域结合,该改变可能发生在AD病理过程中。也有研究探索了Aβ沉积对Tau蛋白磷酸化的影响。吴琪等人在大鼠海马内注射线丝状Aβ,利用免疫组化染色方法观察神经元Ser202位点磷酸化的Tau蛋白(PS202-Tau)表达的变化,发现右侧海马注射Aβ42组双侧海马PS202-Tau的表达明显高于正常组和对照组。提示Aβ42具有诱导Tau蛋白超磷酸化的效应［14］。Rapoport等［15］从另一方面验证了Tau蛋白对于Aβ发挥毒性所必不可缺的作用。分别取野生型、Tau基因敲除纯合子、转入人类Tau基因的Tau先天缺乏鼠的胚胎海马神经元培养4周后,与Aβ纤维共孵育。24 h后Tau敲除的海马神经元没有观察到变性坏死,甚至96 h后,仍有（0.85±0.07）的神经元呈现出正常的形态特征。而野生型的海马神经元细胞在加入Aβ共同孵育24 h后有明显突触变性,96 h后，（0.90±0.05）的突触显示完全变性,（0.87±0.07）的神经元坏死。这一结果表明，Tau蛋白在Aβ纤维沉淀引起突触变性的机制中可能起到关键性的作用。

脑缺血患者及动物模型脑Tau蛋白发生异常改变,说明Tau蛋白参与脑缺血损伤的病理生理过程。因此，以Tau蛋白为靶点防止脑缺血损伤有可能成为新的治疗途径。

参 考 文 献

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（收稿日期:2011-11-07）