趙俊一,鐘偉聰,鄧云松,肖時鋒

(深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院,中國廣東 深圳 518060)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是最為常見的一種神經(jīng)退行性疾病,其主要特點為記憶缺失和認知損傷,主要病理特征是神經(jīng)細胞間β 淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)多肽組成的淀粉樣沉積(senile plaques,SP)、神經(jīng)細胞內(nèi)過度磷酸化tau 蛋白組成的神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles,NFTs)以及神經(jīng)元丟失[1]?！?018年世界阿爾茨海默病報告》的數(shù)據(jù)顯示,全球AD 患者人數(shù)約5 千萬,2018年全球AD 相關(guān)花費為1 萬億美元。AD 已經(jīng)成為患者、家庭和社會的沉重負擔(dān),其發(fā)病機理尚未完全清楚,目前針對AD 的藥物只能緩解病情,并無法有效治療。

相關(guān)生物信息學(xué)分析表明,在AD 患者的后扣帶回皮層和海馬CA1 區(qū)分別有70%和61%編碼線粒體電子傳遞鏈蛋白質(zhì)的基因表達量顯著降低[2]。AD 患者的腦部尸檢結(jié)果呈現(xiàn)線粒體功能受損以及神經(jīng)元功能障礙[3]。電鏡形態(tài)測定分析顯示,AD 患者多個腦區(qū)的神經(jīng)元中線粒體的形態(tài)改變且數(shù)量明顯減少[4]。相關(guān)研究報道,細胞色素c 氧化酶(cytochrome c oxidase,COX)缺陷的海馬錐體神經(jīng)元和脈絡(luò)膜上皮細胞在AD 患者腦中普遍存在,并且這類細胞的數(shù)量較同年齡對照組更多,說明AD 患者中細胞的線粒體酶活性缺陷比正常老年人更普遍[5]。一項人群調(diào)查結(jié)果顯示,線粒體乙醛脫氫酶2 (aldehyde dehydrogenase 2,ALDH2)的缺乏增加了患晚發(fā)性AD 的風(fēng)險[6]。蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),細胞色素c 氧化還原酶核心蛋白1 在AD 患者的顳葉皮質(zhì)中顯著減少,從而導(dǎo)致線粒體能量代謝異常[7]。Aβ 和磷酸化的tau 蛋白可以直接導(dǎo)致線粒體功能障礙,而功能障礙的線粒體隨后又加快了AD 的病理進程[8]?？偠灾?多項研究表明AD 中存在線粒體損傷,其在AD 發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用,是AD 的早期病理事件。本綜述主要根據(jù)近年的報道總結(jié)了AD 中病理性tau 蛋白對線粒體動力學(xué)、形態(tài)、自噬、功能等方面的損傷,進一步從線粒體方向闡述了tau蛋白引發(fā)AD 的分子機制,并就從保護線粒體損傷角度研發(fā)防治AD 藥物的可行性進行了討論。

1 Tau蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

Tau 蛋白是一種微管相關(guān)蛋白質(zhì),其主要功能是與微管蛋白結(jié)合,促進微管組裝,穩(wěn)定微管并調(diào)節(jié)微管動態(tài)穩(wěn)定性。人源tau 蛋白由位于17號染色體(17q21)的單基因MAPT (microtubule-associated protein tau)編碼。人腦內(nèi)有6 種tau 蛋白異構(gòu)體,是通過選擇性剪切外顯子2、3 和10 形成的。Tau 蛋白包括N 端突出區(qū)域、富含脯氨酸區(qū)和C 端微管結(jié)合區(qū),而C 端又包含4 個微管結(jié)合重復(fù)序列：R1、R2、R3 和 R4。根據(jù)有無 R2 可將tau蛋白分為3R-tau 蛋白和4R-tau 蛋白兩類。Tau 蛋白是天然的去折疊蛋白質(zhì),無穩(wěn)定的二級和三級結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)[9]。周期蛋白依賴性激酶 5 (cyclin-dependent kinase 5,CDK5)、P35、糖原合成酶激酶3β (glycogen synthase kinase 3β,GSK3β)等激酶以及蛋白磷酸酶1 (protein phosphatase 1,PP1)、蛋白磷酸酶2A(PP2A)、蛋白磷酸酶2B (PP-2B)、蛋白磷酸酶2C (PP2C)、蛋白磷酸酶5 (PP5)等磷酸酶之間的作用不平衡會導(dǎo)致tau 蛋白的過度磷酸化[10～11]。過度磷酸化的tau 蛋白會從微管上脫落,自身聚集形成纖維絲,并進一步纏繞形成NFTs,這些改變可導(dǎo)致細胞骨架網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定,同時可破壞軸突運輸。除磷酸化外,tau 蛋白還存在其他翻譯后修飾,包括糖基化、乙酰化、截短、泛素化、SUMO 化等[12]。Tau 蛋白在賴氨酸殘基上的乙酰化可以中和賴氨酸殘基的正電荷,而tau蛋白微管結(jié)合區(qū)上存在大量賴氨酸,這就使得tau 蛋白與微管脫離進而病理性聚集[13]。SUMO 化可使tau 蛋白的溶解度降低,從而引起tau 蛋白聚集,這可能是病理條件下tau 蛋白清除受損的一個因素[14]。研究報道,SUMO 化相關(guān)基因的變異與散發(fā)性晚發(fā)性AD 之間存在聯(lián)系,tau 蛋白的SUMO 化可能與泛素化和磷酸化相互作用[14～15]。糖基化的tau 蛋白在體外對微管的親和力降低,從而有助于tau 蛋白過度磷酸化[16]。N 末端部分被截短的Gln124-tau 片段顯示出更強地結(jié)合微管和使其免于解聚的能力。Tau 的N 末端截短還影響tau 的其他性質(zhì),例如tau 的聚合和細胞定位[17]。

Tau 蛋白異常聚集形成的NFTs 是AD 的主要病理特征之一,但是tau 蛋白的聚集過程造成神經(jīng)元凋亡的具體機制尚不清楚?；诓±硇缘膖au 蛋白可以直接導(dǎo)致線粒體損傷的研究結(jié)果,tau 蛋白的異常狀態(tài)及其與線粒體的內(nèi)在聯(lián)系可能也是導(dǎo)致AD 發(fā)病的原因之一。蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),敲入tau-P301L 基因的小鼠出現(xiàn)了線粒體功能障礙,具體表現(xiàn)在氧化呼吸鏈復(fù)合物表達水平降低、電子傳遞鏈受損和ATP 合成減少[18]。然而有報道指出,tau 蛋白的過表達可以拮抗由Aβ誘導(dǎo)的線粒體caspase-3 途徑的細胞凋亡,同時維持B 淋巴細胞瘤-2 (B cell lymphoma-2,Bcl-2)的水平和抑制Bax、細胞色素c 以及caspase-3 的活性,以抑制細胞凋亡[19]。因此,弄清楚tau 蛋白與線粒體的關(guān)系有助于揭示AD 的發(fā)病機制。

2 Tau蛋白影響線粒體的轉(zhuǎn)運和動力學(xué)

微管是細胞骨架的主要成分之一,參與神經(jīng)元形態(tài)的維持和軸突、樹突的形成[20]。驅(qū)動蛋白和動力蛋白沿著微管滑行,將蛋白質(zhì)、突觸小泡和線粒體等物質(zhì)運送到細胞各處,以滿足細胞各種生理活動的需要。線粒體是細胞的“動力工廠”,其通過有氧呼吸產(chǎn)生能量供細胞使用,馬達分子攜帶著線粒體在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運可以將其產(chǎn)生的能量在細胞內(nèi)進行合理的分配。線粒體還是細胞內(nèi)的鈣庫,調(diào)節(jié)細胞鈣穩(wěn)態(tài)。有研究者用rTg4510 小鼠的腦切片進行免疫組化實驗,發(fā)現(xiàn)在Alz50 陽性的神經(jīng)元中線粒體的分布被打亂; 在抑制可溶性tau 蛋白表達后,這種現(xiàn)象被完全逆轉(zhuǎn)并恢復(fù)正常。有意思的是,在AD 患者大腦的Alz50 陽性神經(jīng)元中人們也發(fā)現(xiàn)了類似的tau 相關(guān)線粒體轉(zhuǎn)運受阻現(xiàn)象[21],提示tau 蛋白的狀態(tài)可能和線粒體的轉(zhuǎn)運存在聯(lián)系。

Tau 蛋白本身可以影響線粒體的轉(zhuǎn)運而不依賴于它的修飾狀態(tài)。研究者通過線粒體實時成像技術(shù)發(fā)現(xiàn),在過表達tau 蛋白的小鼠海馬神經(jīng)元中大部分線粒體在胞體和神經(jīng)元中是靜止的,而在不過表達tau 的神經(jīng)元中線粒體在胞體和軸突中快速移動,表明過度表達tau 蛋白阻斷了線粒體的轉(zhuǎn)運[22]。相關(guān)研究報道,tau 蛋白的過度表達還能夠使神經(jīng)元中線粒體的運動暫停頻率增加16%,減少線粒體的順向運動[23]。線粒體分裂和融合之間嚴格的平衡被打破后會對細胞的功能和存活產(chǎn)生負面影響。增加融合會導(dǎo)致線粒體伸長,分裂過度又將導(dǎo)致其碎片化,進而導(dǎo)致其功能受損。這些缺陷均可能導(dǎo)致線粒體的運動性降低、能量產(chǎn)生減少和氧化應(yīng)激增強。動力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1,Drp1)組裝成環(huán)狀圍繞在細長的線粒體周圍,與線粒體外膜蛋白如線粒體分裂因子(mitochondrial fission factor,Mff)、分裂蛋白1 (fission protein 1,Fis1)相互作用,介導(dǎo)線粒體的分裂。線粒體的融合由融合蛋白1 (mitofusion 1,Mfn1)、融合蛋白2 (Mfn2)和視神經(jīng)萎縮癥蛋白1 (optic atrophy 1,OPA1)介導(dǎo)。Mfns 位于線粒體外膜,可通過泛素化信號通路被蛋白酶體降解; OPA1 位于線粒體內(nèi)膜,兩者相互作用形成線粒體的膜間復(fù)合物,促進線粒體外膜和內(nèi)膜的融合。研究報道,在表達人源全長tau 蛋白的HEK-293tau 細胞和轉(zhuǎn)tau 基因小鼠的海馬中均可檢測到核周線粒體的積累,細胞內(nèi)無線粒體的區(qū)域增加,以及線粒體的形態(tài)變得細長。該研究顯示,tau蛋白的病變增強了線粒體逆行的轉(zhuǎn)運率,顯著增加了線粒體融合蛋白Mfn1、Mfn2 和OPA1 的量,并減少了多泛素化Mfn2 的水平,但未改變分裂蛋白Fis1 和Drp1 的量,表明泛素化受損可能是tau 蛋白誘導(dǎo)Mfns 積累的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,人們進一步敲低Mfn1 或Mfn2,結(jié)果減弱了線粒體的融合和積累,而下調(diào)OPA1 的表達并沒有逆轉(zhuǎn)tau蛋白誘導(dǎo)的線粒體損傷[24]。因此,tau 蛋白導(dǎo)致的線粒體融合紊亂可能與Mfn1 和Mfn2 密切相關(guān),過表達tau 可能通過Mfn1 和Mfn2 導(dǎo)致線粒體的體積變大,進而降低線粒體的移動速率,阻斷線粒體的轉(zhuǎn)運,使得其運動暫停。

Tau 蛋白的修飾也可影響線粒體的轉(zhuǎn)運和動力學(xué)。Tau 蛋白的磷酸化影響線粒體轉(zhuǎn)運的報道最為常見。慢性應(yīng)激小鼠海馬中tau 磷酸化水平增加,同時其突觸體中具有更多的線粒體,并且線粒體的數(shù)量隨著tau 磷酸化水平的降低而減少[22]。在敲入tau-P301L 基因的小鼠原代神經(jīng)元中軸突線粒體運動不受影響,OPA1 和Mfn2 的量沒有明顯變化,但線粒體的數(shù)量顯著減少,同時其體積和沿軸突運輸方向的定向角顯著增加。這種改變可導(dǎo)致軸突線粒體的暫時阻塞或流動減少,即使不影響它們的整體轉(zhuǎn)運動力學(xué),也可增加線粒體融合的可能性并減少軸突中線粒體的數(shù)量[25]。進一步的研究發(fā)現(xiàn),敲入tau-P301L 基因的小鼠神經(jīng)元中存在tau 磷酸化降低的現(xiàn)象,同時PP1 的表達量降低了近1/3,PP2A 的表達量基本不變,說明tau 低磷酸化不是由于這些磷酸酶的表達增加,而可能是由于一些激酶的表達水平或活性降低,或者是tau 的構(gòu)象被改變從而阻止了磷酸化的發(fā)生[25]。另有文獻報道,用LiCl 處理原代海馬神經(jīng)元后,tau 磷酸化水平降低,同時線粒體轉(zhuǎn)運也被抑制[22]。除了磷酸化,截短的tau 蛋白也會對線粒體運動造成損傷。人們發(fā)現(xiàn),表達N 端截短tau (NH2htau)的神經(jīng)元表現(xiàn)出球狀變性線粒體的“販運堵塞”,使線粒體分布不均勻,從而出現(xiàn)類似于“串珠”狀的分布,且大部分聚集在細胞核周圍[26]。這可能與NH2htau 具有更強的微管結(jié)合能力有關(guān)。大量NH2htau 更牢固地結(jié)合在微管上,影響微管的解聚和重聚,進而阻止線粒體在微管上的轉(zhuǎn)運。T4C3 截短的tau 蛋白在原代神經(jīng)元中過表達會引起OPA1 的水平顯著降低,破壞線粒體分裂、融合的平衡,導(dǎo)致線粒體破碎[27]。其他tau蛋白的修飾是否會對線粒體運動或動力學(xué)產(chǎn)生影響還有待進一步探索。

3 Tau蛋白影響線粒體的形態(tài)和自噬

線粒體自噬是細胞選擇性自噬的一種,主要是為了清除過剩或受損的線粒體。線粒體自噬可以減少受損線粒體的聚集,對于維持細胞正常的生命活動具有重要作用。研究報道,AD 患者的海馬樣本中存在線粒體自噬缺陷,海馬神經(jīng)元的受損線粒體數(shù)量變得更多,且形態(tài)發(fā)生改變,變得更小[28]。

線粒體的分裂和融合調(diào)節(jié)線粒體的長度和大小,與線粒體的自噬之間存在著聯(lián)系[29]。線粒體的分裂增強可促進受損的線粒體通過自噬途徑清除。研究發(fā)現(xiàn),饑餓狀態(tài)下細胞cAMP 水平增加,激活蛋白激酶A(protein kinase A,PKA),促進Drp1的磷酸化,使其滯留在細胞質(zhì)中,不能調(diào)節(jié)線粒體分裂,從而使線粒體免受自噬清除[30]。此外,相關(guān)研究報道,在表達NH2htau 蛋白的神經(jīng)元中線粒體出現(xiàn)異質(zhì)性改變,變得較短,呈球狀,有斑狀基質(zhì),內(nèi)嵴完全消失,這跟AD 患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的線粒體形態(tài)的變化非常相似[26]。透射電鏡觀察結(jié)果顯示,穩(wěn)定轉(zhuǎn)染野生型tau 的SH-SY5Y 細胞的線粒體超微結(jié)構(gòu)是正常的,具有典型的嵴; 而過表達tau-P301L 的細胞其線粒體形態(tài)是球狀結(jié)構(gòu),具有分支的嵴膜[31]。線粒體嵴形態(tài)的改變與線粒體功能障礙呈相關(guān)性,因此tau 蛋白的截短形式NH2htau 和突變形式tau-P301L 可以通過影響線粒體的形態(tài)進而影響線粒體的功能,促進其通過自噬清除。前文提及AD 患者海馬神經(jīng)元中顯現(xiàn)出受損線粒體的積累,推測線粒體體積變小可能是機體應(yīng)對線粒體自噬障礙的一種措施。

PINK1/Parkin 通路是線粒體自噬的一種常見途徑,是帕金森病中功能障礙的線粒體自噬的主要方式,但在AD 中的研究不多。PINK1 (PTEN-induced putative kinase 1)是一種蛋白激酶,通過磷酸化Parkin 蛋白,使其選擇性募集到受損線粒體上,從而介導(dǎo)線粒體自噬。研究報道,在AD 患者中Parkin 蛋白顯著減少,且電鏡形態(tài)測定分析顯示,AD 患者多個腦區(qū)的神經(jīng)元中線粒體數(shù)量明顯減少,提示線粒體通過非選擇性自噬的清除增加; 而上調(diào)Parkin 的表達可以降低細胞內(nèi)Aβ 的水平和細胞外脂質(zhì)斑塊的沉積,同時也可促進受損線粒體以自噬方式被選擇性清除[32]。研究顯示,病理性的tau 可影響線粒體的選擇性自噬。在過表達NH2htau 的細胞中,Parkin 和細胞質(zhì)泛素-C-末端水解酶L1 (ubiquitin carboxy-terminal hydrolases L1,UCHL-1)異常募集到線粒體,從而導(dǎo)致突觸可塑性損傷,發(fā)生有害的線粒體自噬清除; 沉默UCHL-1 和Parkin 的基因表達可恢復(fù)突觸和線粒體功能,對由NH2htau 誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡有保護作用[33]。在過表達tau 的HEK293 細胞中,線粒體膜電位增加,發(fā)生超極化,這抵消了啟動線粒體自噬所需要的去極化信號,進而減少了PINK1和Parkin 在線粒體中的滯留,導(dǎo)致線粒體自噬缺陷; 而上調(diào)Parkin 可以緩解由tau 過表達誘導(dǎo)的線粒體自噬缺陷[34]。最近有研究發(fā)現(xiàn),在過表達tau和tau-P301L 的N2a 細胞中,tau 蛋白與 Parkin蛋白相互作用,使其停留在細胞質(zhì)中,阻止其募集到受損線粒體上,進而抑制線粒體自噬[35]。因此,病理性的tau 蛋白很有可能是通過PINK1/Parkin通路影響線粒體自噬。

4 Tau蛋白影響線粒體的功能

線粒體的主要功能是通過三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化產(chǎn)生ATP,給細胞提供能量。在AD 病人和轉(zhuǎn)基因AD 小鼠中人們均發(fā)現(xiàn),與線粒體代謝功能相關(guān)的關(guān)鍵酶如細胞色素c 氧化酶、丙酮酸脫氫酶(pyruvate dehydrogenase,PDH)等的表達水平及活性顯著下降,并最終導(dǎo)致ATP 生成量減少[36]。諸多報道證明AD 中的線粒體功能障礙與tau 蛋白有關(guān)。Rhein 等[37]將轉(zhuǎn) tau-P301L 基因的 pR5 小鼠與轉(zhuǎn)淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)和早老素2 (presenilin 2,PS2)編碼基因的雙轉(zhuǎn)基因APP152 小鼠雜交產(chǎn)生3×Tg 小鼠,隨后對3×Tg 小鼠進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)24 種蛋白質(zhì)表達失調(diào),其中有三分之一是線粒體蛋白質(zhì),主要同參與氧化磷酸化的復(fù)合物Ⅰ以及復(fù)合物Ⅳ相關(guān)。有意思的是,復(fù)合物Ⅰ的失調(diào)在pR5 小鼠中出現(xiàn),復(fù)合物Ⅳ的失調(diào)在APP152 小鼠中出現(xiàn),說明復(fù)合物Ⅰ的失調(diào)是tau 依賴性的,而復(fù)合物Ⅳ的失調(diào)是Aβ 依賴性的。此外,相對于1×Tg 和2×Tg 小鼠,3×Tg 小鼠中 ATP 的合成、活性氧(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生都表現(xiàn)出更嚴重的缺陷,表明Aβ 和tau 在誘導(dǎo)線粒體缺陷方面具有協(xié)同作用[37]。另有研究顯示,在體外培養(yǎng)的原代神經(jīng)元中過表達tau 蛋白能夠降低ATP 的水平和ATP/ADP 的比例,同時在細胞培養(yǎng)72 h 后抑制復(fù)合物Ⅰ的活性,會導(dǎo)致細胞存活率顯著降低[24]。在對FTDP-17 患者中誘導(dǎo)多能干細胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell)衍生的神經(jīng)元進行實驗時人們發(fā)現(xiàn)4R-tau 產(chǎn)量增加,同時線粒體膜電位增加、線粒體NADH 量降低、復(fù)合物Ⅰ活性降低、ATP 產(chǎn)量減少、ROS 大量增加,這進一步證實病理性tau 蛋白可造成線粒體功能損傷[38]。Tau 蛋白Asp421 處的截斷發(fā)生在阿爾茨海默病早期,該截短的tau 蛋白在神經(jīng)元細胞模型中可引起氧化應(yīng)激水平增加、胞內(nèi)鈣離子水平上升、線粒體膜電位降低,從而破壞線粒體膜的完整性,導(dǎo)致線粒體功能障礙[39]。進一步研究表明,該截短的tau蛋白還能夠顯著增強原代神經(jīng)元中Aβ 誘導(dǎo)的線粒體損傷,表明該tau 蛋白截短體和Aβ 協(xié)作損害線粒體功能,這可能是AD 中神經(jīng)元功能障礙的原因之一[40]。

目前,關(guān)于tau 蛋白影響線粒體功能的機制尚未有明確定論。最近有研究認為,tau 蛋白通過激活細胞的未折疊蛋白響應(yīng)(unfolded protein response,UPR)導(dǎo)致線粒體功能障礙。他們發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)tau 和tau-P301L 的 SH-SY5Y 細胞中分別有 48和52 個UPR 基因上調(diào),同時ATP 產(chǎn)量和線粒體膜電位均下降[41]。過表達tau 會激活UPR 系統(tǒng),細胞為了減緩內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激壓力,可能會通過影響核糖體的裝配,抑制蛋白質(zhì)翻譯,使線粒體蛋白質(zhì)的合成受阻,從而引起線粒體功能障礙。

也有研究認為tau 蛋白是通過破壞線粒體膜通道孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)導(dǎo)致線粒體功能損傷的。mPTP 主要由3 種蛋白質(zhì)組成：位于線粒體基質(zhì)中的親環(huán)蛋白D(cyclophilin D,CyPD),存在于內(nèi)膜上的腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)運蛋白(adenine nucleotide translocator,ANT),以及位于線粒體外膜上的電壓依賴性陰離子通道(voltage dependent anion channel,VDAC)[42]。mPTP的失衡不僅會破壞線粒體和細胞質(zhì)之間的代謝梯度,包括積累的鈣的釋放,還會導(dǎo)致線粒體的滲透性腫脹。當mPTP 被破壞,線粒體內(nèi)膜不再保持對質(zhì)子的屏障,從而導(dǎo)致質(zhì)子動力的消散。由此產(chǎn)生的氧化磷酸化解偶聯(lián)會阻止線粒體產(chǎn)生ATP,導(dǎo)致ATP 消耗和ROS 的產(chǎn)生增加。線粒體腫脹可能通過釋放細胞色素c 使線粒體外膜破裂,同時細胞色素c 又可通過激活促細胞凋亡因子啟動細胞凋亡。因此,在病理條件下大量mPTP的破壞會導(dǎo)致嚴重的線粒體損傷和細胞死亡。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),在AD 患者大腦皮質(zhì)組織中VDAC1的水平升高,VDAC1 能夠與AD 患者或轉(zhuǎn)基因AD小鼠腦中的Aβ 和磷酸化tau 相互作用,從而阻斷mPTP,導(dǎo)致AD 患者中的線粒體功能障礙[43]。NH2htau 被發(fā)現(xiàn)在AD 患者腦部突觸線粒體中大量富集,并且其在突觸末端區(qū)域中的水平與病理性突觸變化和線粒體功能損傷相關(guān)[44]。在AD 患者突觸的線粒體中,NH2htau 比全長tau 蛋白更易與CyPD 和ANT-1 結(jié)合,從而抑制依賴于ANT-1的ADP/ATP 轉(zhuǎn)換,造成線粒體功能障礙[45]。Asp421處截斷的tau 蛋白可以影響mPTP 的開放,mPTP抑制劑環(huán)孢菌素A (ciclosporin A,CsA)可預(yù)防該tau 截短體引起的線粒體膜電位降低,并減輕鈣超載對線粒體膜完整性帶來的破壞[39]。

5 結(jié)語和展望

病理性的tau 蛋白,包括聚集物、突變型蛋白質(zhì)、翻譯后修飾、截短型蛋白質(zhì)、剪切異構(gòu)型等,可造成線粒體在轉(zhuǎn)運、動力學(xué)、形態(tài)、功能等方面的損傷,也可通過抑制線粒體自噬途徑導(dǎo)致受損的線粒體無法被清除,從而導(dǎo)致神經(jīng)元受損甚至凋亡。2003年至今還沒有治療AD 的藥物被批準,大部分針對Aβ 或APP 剪切酶的AD 藥物的失敗[46],迫切需要我們尋找新的治療靶點。相關(guān)研究表明,增強線粒體功能和線粒體蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性可以減少有害蛋白質(zhì)聚集體的形成[47]。因此,逆轉(zhuǎn)病理性tau 蛋白引起的線粒體損傷或增強線粒體自噬為研發(fā)防治AD 的藥物提供了一個可行的策略。研究報道,用岡田軟海綿酸(okadaic acid)孵育的SH-SY5Y 細胞呈現(xiàn)出tau 蛋白的過度磷酸化、線粒體損傷及神經(jīng)元萎縮,而euscaphic acid和corosolic acid 兩種三萜酸化合物能夠降低這些細胞中的tau 蛋白磷酸化水平,同時減少線粒體ROS 水平,增加線粒體膜電位,最終達到保護神經(jīng)元的目的[48]; 用線粒體靶向抗氧化劑SkQ1 治療12 至 18 月齡的 AD 模型 OXYS 大鼠后,線粒體的結(jié)構(gòu)和功能得到改善,神經(jīng)元丟失和突觸損傷被逆轉(zhuǎn),海馬中Aβ1-42和tau 蛋白過度磷酸化的水平被降低,大鼠的學(xué)習(xí)能力和記憶力得到提高[49]。另有研究顯示,植物提取物淫羊藿苷可調(diào)節(jié)3×Tg-AD 小鼠中線粒體分裂與融合的平衡以及線粒體關(guān)鍵酶的表達,保護線粒體的形態(tài)與分布,促進線粒體轉(zhuǎn)運,維持細胞的能量生成,最終實現(xiàn)干預(yù) AD 的發(fā)生、發(fā)展[50～51]。此外,有研究者用線粒體自噬誘導(dǎo)劑尿石素A (urolithin A)處理轉(zhuǎn)tau 基因的線蟲模型(BR5270),發(fā)現(xiàn)其記憶障礙得到恢復(fù),并且這一逆轉(zhuǎn)過程依賴于PINK1 線粒體自噬通路[28]。綜上所述,AD 中病理性tau 蛋白與線粒體損傷存在密切的關(guān)系,以線粒體為靶點對AD 進行干預(yù)是非常重要的,或?qū)⒊蔀槲磥矸乐蜛D 的新方法。