在7月8日國家衛生健康委釋出的“健康中國行動”中，我國的人均預期壽命提高到77.93歲，主要健康指標居於中高收入國家前列。在這一欣喜資料的背後，我們還應警惕隨之而來的“老齡化問題”。
老齡化問題的根源之一在於“老年病”的多發。而在所有的老年病中，阿爾茲海默病（老年痴呆）無疑是最受人關注的疾病之一。
然而，時至今日，雖然經過幾十年研究，我們對於阿爾茲海默病（老年痴呆）的病因、病程以及治療方法仍然處於起步階段，許多機制仍處於未知狀態。
7月6日，Science advances線上發表了澳大利亞Arne Ittner 博士課題組關於阿爾茲海默病（AD，老年痴呆）的最新研究成果《Alzheimer’s disease: Ablating single master site abolishes tau hyperphosphorylation》。大量研究表明，tau蛋白與大約20多種神經退行性疾病相關。這項研究揭示了阿爾茲海默病中在複雜的 tau 蛋白磷酸化是如何產生的，從而為阿爾茲海默病的治療和生物標誌物設計提供了參考。
阿爾茲海默症作為高知名度的神經退行性疾病，時至今日仍然沒有完全治癒的方法。阿爾茲海默病最為典型的兩大特點是β-澱粉樣蛋白和Tau 蛋白在神經元內累積。Tau 蛋白是神經纖維纏結的主要組分，也是阿爾茨海默症等一系列神經退行性疾病的標記物。
在阿爾茨海默症發病過程中，tau 蛋白的異常磷酸化會導致配對螺旋樣纖維 (PHF) 和神經纖維纏結 (NFT) 的形成。這會引起細胞內阻塞，破壞細胞並引發神經元功能障礙，最終導致認知能力下降。
然而關於tau 蛋白特異性位點和過度磷酸化之間的聯絡仍然未知。因此，這一項研究就從這個角度出發，證明了兩者之間的關係。
Fig.1 Interdependence defines master sites integral to tau multi-site phosphorylation.
為了解決tau蛋白位點與磷酸化之間的關係，研究人員猜想：tau蛋白磷酸化在不同位點間是“相互依賴”的，即一個位點的初始磷酸化會調節另一個位點的磷酸化狀態。通過體外培養293T細胞表達不同的tau蛋白突變體，研究人員對這種相互依賴式的磷酸化位點進行了篩選研究。通過SDS-PAGE、Immunoblots等方法研究人員獲得了以下三方面資料：（i）SP/TP前位點磷酸化，（ii）SP/TP激酶活性增加，和（iii）SP/TP位點磷酸化狀態。
進一步地，研究人員將這種方法擴充套件到17個SP/TP初始磷酸化位點和12個激酶，產生了10個與激酶活性和初始磷酸化有關的多維資料集。對12個SP/TP激酶的分析證明了研究人員最開始的猜測，即不同的磷酸化位點間存在相互依賴性，並且主要表現為正調節。對上述資料集進行聚類分析後，研究人員發現T181，T205，T212，S404和S422是PRR和CTR內通過tau磷酸化相互依賴性調節的主要位點。此外，研究人員還發現對連續 tau 磷酸化的關鍵貢獻來自 NTR 和 PRR 中特定主位點的初始磷酸化，初始磷酸化可以改變激酶對 tau 蛋白的位點特異性活性。
Fig.2 Master site Interdependence controls endogenous tau phosphorylatlon In vivo.
為了驗證上述機制是否也存在於健康大腦中。研究人員對tau蛋白 的 AT8 表位內的關鍵殘基T205進行了分析研究。通過CRISPR-Cas9敲除小鼠模型，研究人員證實了在 T205可調節多個表位的生理性 tau蛋白磷酸化，並且在體外培養細胞中預測的位點相互依賴性適用於腦組織中的內源性 tau蛋白。
Fig.3 Master site interdependence governs human tau phosphorylation and Aß-tau-induced cognitive impairment in vivo.
由於小鼠和人在tau 蛋白上具有高度相似的磷酸化表位，因此，在小鼠模型上的實驗結果也可類推到人身上。研究人員又通過表達人tau蛋白與其突變體的阿爾茲海默症轉基因小鼠模型對T50，T69和T181等三個主要位點進行了驗證，結果與研究人員的相互依賴性預測一致，在多個病理相關表位上，人tau蛋白的Aβ相關磷酸化受主位點調控。此外，主位點T181的消融調節了Aβ相關認知缺陷。
Fig.4 MAP kinase p38a is a multi-site tau kinase in vivo.
進一步分析表明，p38α是相互依賴的作用機制下，小鼠體內神經元中的 tau蛋白髮揮作用的主要激酶。
Fig.5 Removal of single master site and kinase p38a abolishes tau multi-site hyperphosphorylation.
最後，研究人員又對p38α-tau 相互作用機制中的主要位點T50A、T69A 和 T181A進行了分析。結果發現T50、T69 或 T181 的消融使 tau 不太容易在多個位點被 p38α 磷酸化，而p38α 對 T181 的磷酸化先於 PRR 的後續多位點磷酸化。並且激酶反應中的 CTR 表位在不同的時間點停止。這些結果表明與p38α協同作用的主要位點的磷酸化是多個表位上廣泛且相互依賴的tau磷酸化所必需的。
綜上所述，這項研究為我們揭示了在阿爾茲海默症中的關鍵蛋白tau是如何進行特異性磷酸化和過度磷酸化，並對其不同位點的磷酸化相互作用進行了分析。為我們瞭解阿爾茲海默症的發病原因，開發針對性的藥物提供了新策略。
參考文獻：
1.Arne Ittner.et al. Alzheimer’s disease: Ablating single master site abolishes tau hyperphosphorylation. SCIENCE ADVANCES.6 Jul 2022.Vol 8, Issue 27
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