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Nature Medicine | 百年谜题新突破：破解阿尔茨海默病tau蛋白的"黑化密码"

生物探索 · 公众号 · 生物 · 2025-02-11 16:43

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引言

阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease, AD)的典型神经病理学特征之一,是tau蛋白异常磷酸化形成的神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFTs)。近年来研究发现,NFT形成前的可溶性tau组装(soluble tau assemblies, STAs)可能是更早期的病理驱动因素和治疗干预的关键窗口。2月10日 Nature Medicine 的研究报道“ Phospho-tau serine-262 and serine-356 as biomarkers of pre-tangle soluble tau assemblies in Alzheimer’s disease ”，系统解读了tau蛋白Ser-262和Ser-356磷酸化位点在AD病理中的核心作用及其转化意义。

tau病理的临床悖论与未满足的临床需求

经典Braak分期理论认为, 神经原纤维缠结（ NF T ）的播散程度与认知障碍严重度直接相关。但近期多项临床试验显示,tau-PET显示低至中度NFT负荷的AD患者对淀粉样蛋白(amyloid beta, Aβ)靶向治疗具有更好的临床响应,这提示抑制NFT形成可能是延缓疾病进展的关键。然而,目前针对成熟tau纤维的药物开发面临两大挑战： NFT形成后神经元损伤已达不可逆阶段；现有生物标志物(如tau-P ET和CSF p-tau181/217)主要捕获晚期纤维化tau,无法检测早期可溶性tau组装(STAs)

这一矛盾凸显了对STA特异性生物标志物和干预靶点的迫切需求。

可溶性tau组装(STAs)的核心特征解析

研究团队通过多模态研究方法,系统揭示了AD脑中STAs的生化特征

分子结构定位

STA核心区域(Core Region): 通过荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer, FRET)技术结合免疫共沉淀质谱分析,发现AD患者TBS可溶性脑提取物中的STAs核心序列集中在tau蛋白的258-368氨基酸区域(tau258-368)。这一区域包含微管结合区(microtubule-binding region, MTBR)的R2-R4重复序列。

“模糊外衣”(Fuzzy Coat): STA核心外包裹着N端和C端的非结构化区域。免疫印迹显示,N端抗体tau12(结合6-18位氨基酸)可完全去除FRET信号,而靶向R2-R4区域的抗体(如77G7)仅部分降低信号强度(残留57.3%),证明STAs的核心比外围区域更稳定。

关键磷酸化位点

Ser-262与Ser-356的病理特异性: 在Braak II期的海马组织中,抗p-tau262和p-tau356抗体已能检测到颗粒状STA聚集,而传统磷酸化位点(p-tau202/205和p-tau231)需要到Braak V-VI期才能显示弥漫性NFT染色。三维共聚焦成像进一步显示,p-tau262/356信号主要分布在CA1锥体细胞的胞质囊泡中,与X-34染色的成熟NFT区域无重叠。这种时空分布特征提示这两个位点的磷酸化是STAs形成的早期分子事件。

激酶调控机制: 体外实验证实,Ca2+/钙调蛋白依赖性激酶II(CAMK2)和BRSK2激酶对Ser-262/356的磷酸化具有特异性调控作用。竞争性ELISA显示,合成磷酸化肽段可剂量依赖性阻断抗体结合,验证了抗体的表位特异性。

STA核心的神经毒性机制

为评估STA核心的病理效应,研究团队构建了重组tau肽段并开展功能性实验

体外聚集动力学

表面等离子共振(SPR)分析:STA核心肽(tau258-368)的聚集速率比纤维核心肽(tau302-368)快3.2倍(∆Response Unit=42 vs 13)。透射电镜显示,STA核心形成直径10-20 nm的寡聚体,而纤维核心组装成50-100 nm的线性纤维。

神经元兴奋性调控

小鼠海马脑片电生理记录: 与人工脑脊液对照组相比,STA核心肽处理使神经元静息膜电位(resting membrane potential, RMP)去极化7 mV(P=0.04),输入阻抗(input resistance)升高38%(P=0.0008)。配对脉冲易化实验进一步显示,STA核心显著增强突触可塑性(paired-pulse ratio提高12.9%, P=0.019)。

脑脊液STA检测方法的临床验证

基于上述发现,研究团队开发了基于单分子阵列(Simoa)技术的STA检测方法:

诊断特异性

AD与非AD tau病鉴别： 在50例尸检验证队列中,AD患者的CSF STA/t-tau比值较对照组升高43倍(P<0.0001),且显著高于进行性核上性麻痹(PSP)、皮质基底节变性(CBD)和Pick病。值得注意的是,该比值在AD合并路易体痴呆(ADNC+LBD)患者中仍保持高水平,表明其对AD病理的特异性反映。

病理进展相关性

Braak分期对应性： 在67例死后病理验证队列中,Braak III-IV期患者的STA/t-tau比值较Braak 0-II期下降64%(P=0.008),Braak V-VI期进一步下降82%(P<0.0001)。这种“断崖式”下降提示STA水平在Braak III期开始被迅速整合入NFT。

tau-PET影像关联： 对185例[[18]F]MK6240 tau-PET队列的分析显示,STA/t-tau比值与内嗅皮层(r=−0.61)、杏仁核(r=−0.58)等Braak早期受累区域的SUVR呈显著负相关(图6g)。这一现象支持STA是纤维化tau的前体物质。

该研究不仅阐明了AD特异性STA的分子特征,更为临床提供了关键工具:

生物标志物开发

早期诊断: CSF STA检测可比tau-PET更早识别Braak II期病变,为临床试验入组提供敏感指标

治疗监测: STA/t-tau比值动态变化可能反映抗tau药物的靶点接合效率

治疗靶点创新

磷酸化位点干预: 针对Ser-262/356的激酶抑制剂或单克隆抗体可能阻断STA形成

构象特异性药物设计: STA核心(tau258-368)为基于结构的药物筛选提供了新模板

精准医学实践

目前商业化血浆p-tau181/217检测主要反映晚期tau病理,而STA检测可区分AD与其他tau蛋白病(PSP/CBD),有望成为下一代分子分型工具。

对可溶性tau组装的特异性捕获,标志着AD研究从“纤维中心论”向“动态病理网络”的范式转变。Ser-262/Ser-356磷酸化位点的发现,不仅为早期诊断提供了生物标志物窗口,更开拓了以STA为靶点的疾病修饰治疗新纪元。

参考文献

Islam, T., Hill, E., Abrahamson, E.E. et al. Phospho-tau serine-262 and serine-356 as biomarkers of pre-tangle soluble tau assemblies in Alzheimer’s disease. Nat Med (2025). https://doi.org/10.1038/s41591-024-03400-0

责编 |探索君

排版|探索君

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