综述：利用蛋白质组学探索原发性Tau蛋白病的分子机制

《Journal of Neurochemistry》：Leveraging Proteomics to Explore the Molecular Mechanisms of Primary Tauopathies

这篇综述系统阐述了如何运用蛋白质组学技术揭示原发性tau蛋白病（如进行性核上性麻痹PSP、皮质基底节变性CBD和Pick病PiD）的关键分子机制。文章通过整合现有蛋白质组学数据，重点突出了线粒体功能障碍、突触损伤、自噬-内溶酶体紊乱、RNA结合蛋白失调和铁稳态失衡这五大核心致病通路，为开发疾病特异性生物标志物和靶向治疗提供了重要理论依据。

　　

摘要

原发性tau蛋白病是一类以脑内聚集性tau蛋白沉积为特征的进行性神经退行性疾病。尽管tau蛋白毒性是这些疾病的核心驱动因素，但其导致神经变性的具体分子机制仍不清楚。近年来，对人类原发性tau蛋白病脑组织进行的蛋白质组学研究开始为疾病发病机制提供重要见解。本文重点综述了三种主要原发性tau蛋白病（PSP、CBD和PiD）中人脑蛋白质组学的研究现状，并通过整合分析揭示了五大高度相关的疾病机制。

当前原发性Tau蛋白病的蛋白质组学研究现状

蛋白质组学技术能够从单个人脑样本中同时定量数千种不同蛋白质，是捕捉疾病分子变化的强大工具。特别是在以蛋白质积累和聚集为特征的疾病中，蛋白质组学能够反映转录组或基因组研究无法捕获的变化。

目前，针对人类原发性tau蛋白病脑组织的蛋白质组学研究数量正在增加，包括整体组织蛋白质组学和邻近标记蛋白质组学研究。大多数研究集中在PSP蛋白质组上，截至2025年6月，已有四项研究比较了PSP患者与对照组的脑组织或脑血管蛋白质组变化。两项研究采用新型原位技术鉴定了PSP中与磷酸化tau聚集体紧密相邻的蛋白质，另有研究探讨了PSP、CBD和PiD中可溶性和不溶性蛋白质组的变化。值得注意的是，目前尚无研究专门关注CBD或PiD整体组织与对照组之间的蛋白质变化，这代表了知识空白领域。

PSP蛋白质组学结果的整合分析

作为研究最深入的原发性tau蛋白病，我们对四个现有的PSP蛋白质组学数据集进行了联合分析，以识别在PSP中持续失调的蛋白质和通路。分析涵盖了不同脑区（苍白球、前额叶皮层和嗅球）的数据，采用投票计数法筛选在至少两个数据集中显著变化的蛋白质。

该分析确定了312个在两个或更多研究中失调的蛋白质，其中142个上调，170个下调。功能分析显示，线粒体蛋白质在两种分析中均显著富集，且大多数显示下调。这些蛋白质包括电子传递链复合物I（NADH：泛醌氧化还原酶）和III（泛醇-细胞色素c）、复合物V（ATP酶）以及线粒体核糖体蛋白的组分。

研究还观察到突触小泡相关蛋白（如SV2A、SYP、VAMP1和UNC13A）以及多种溶质载体（SLC17A6–VGLUT2、SLC4A8、SLC6A17）的持续下调。同时，GABA能（GAD1、GABRA1、SLC6A11）和谷氨酸能（SLC1A2）突触调节因子也出现下调。空泡型ATP酶（v-ATPase）亚基ATP6V0A1、ATP6V0C、ATP6V0D1的下调同样被观察到，这些亚基参与溶酶体和突触小泡的酸化过程。

相比之下，上调蛋白质形成的蛋白质-蛋白质相互作用网络连贯性较差，基因本体细胞组分富集也更可变。观察到一些自噬和内溶酶体蛋白的富集，包括SQSTM1和CSTB的上调。有趣的是，核输出通路组分（包括转录输出复合物组分THOC1、THOC6、DDX39A和NXF1）出现上调，这可能反映了mRNA产生和运输的增强。

细胞外基质成分和免疫球蛋白复合物在PSP中也上调，包括几种蛋白聚糖和蛋白聚糖相关蛋白，如硫酸乙酰肝素蛋白聚糖GPC4。多种纤维蛋白原（FGA、FGB、FGG）也在PSP中持续上调。

仅有约15%的常见失调蛋白质与PSP中已知的tau相关蛋白质重叠，这表明多种机制共同导致了PSP中的蛋白质组变化。这些发现支持了蛋白质 sequestration 和更广泛的转录或翻译变化共同驱动PSP中蛋白质稳态破坏的观点。

原发性Tau蛋白病的分子机制

线粒体电子传递链和线粒体核糖体缺陷

受损的线粒体活性与PSP发病机制密切相关。线粒体功能障碍可导致能量耗竭、代谢低下以及氧化应激，这些在PSP中均有观察。PSP蛋白质组学数据的分析证实了线粒体功能障碍是PSP发病机制中的关键环节，并揭示了可能 underlying 这种功能障碍的蛋白质变化，包括电子传递链蛋白和线粒体核糖体蛋白的改变。

在电子传递链蛋白中，复合物I亚基的下调尤为突出。复合物I是NADH还原当量进入电子传递链的入口点，这对产生ATP合成所需的电化学梯度至关重要。在PSP蛋白质组数据集分析中，有18个复合物I NDUF亚基下调，其中一半在三个或四个数据集中持续下调，表明PSP中存在复合物I活性的协调性降低。有趣的是，复合物I亚基NDUFB7和NDUFS2也被邻近标记蛋白质组学鉴定为tau相关蛋白，提示其与tau病理密切相关。

另一个关键发现是多个线粒体核糖体蛋白的下调。这包括组成小28S亚基的五个蛋白（MRPS7、MRPS11、MRPS16、MRPS23、MRPS25）和组成大39S亚基的三个蛋白（MRPL17、MRPL18、MRPL46），表明线粒体核糖体的两个亚基在PSP中均显著减少。线粒体核糖体蛋白翻译线粒体DNA编码的13种蛋白质，这些蛋白质构成电子传递链复合物的核心。线粒体编码的蛋白质MT-ND3、MT-ND4和MT-CO2也在PSP蛋白质组学整合分析中下调，因此，线粒体核糖体蛋白的缺陷可能导致线粒体蛋白质翻译减少。

病理Tau在突触前膜的作用

在整合的PSP蛋白质组中，观察到多种突触蛋白和通路的失调，特别是突触前小泡蛋白（如SV2A、SYP和VAMP1）以及调节谷氨酸能和GABA能神经传递的蛋白（如SLC1A2、GAD1、GABRA1、SLC6A11）减少。这些蛋白质中的大多数在PSP中高度变性的苍白球区域变化最为显著，可能反映了与严重神经变性相关的显著突触损失。

有趣的是，在PSP数据集联合分析和邻近标记蛋白质组学研究中，突触前蛋白的改变远比突触后蛋白突出。这表明突触前功能障碍可能在原发性tau蛋白病发病机制中扮演重要角色。磷酸化tau在PSP、CBD和PiD中与多种突触前小泡蛋白强烈相关，包括几种可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNARE）蛋白。磷酸化tau在PSP组织和突变tau小鼠模型中错误定位到突触前终末，强化了病理tau在突触前膜的作用。

在PSP、CBD和PiD中，tau被发现与多种SNARE蛋白（包括VAMPs 1和2、SNAP-25、SNAP-91和NSF）相邻，这些蛋白参与突触前膜胞外囊泡的释放。SNARE复合物基因STX6与PSP风险相关，NSF与PSP和CBD风险均相关，强化了SNARE复合物在原发性tau蛋白病发病机制中的作用。体外研究表明，错误折叠tau与SNARE复合物（特别是SNARE蛋白SNAP-25）的结合在病理tau在神经元间的传播中起关键作用。

tau与突触小泡膜蛋白SYNGR3的关联也在人PiD和AD病例的额叶皮层以及PSP病例的运动皮层中被识别。tau还在PSP尸检脑组织中与SYNGR3共定位。小鼠和果蝇tau蛋白病模型中的研究表明，tau与SYNGR3的相互作用损害了突触小泡运动性，导致神经元刺激期间神经传递减少。

自噬-内溶酶体通路的多点破坏

自噬-内溶酶体通路是细胞主要的蛋白水解通路之一，也是聚集蛋白降解的主要途径。以蛋白聚集为特征的神经退行性疾病（如原发性tau蛋白病）为通过自噬和内溶酶体通路进行的蛋白清除受损提供了有力证据。

在PSP联合数据分析中，观察到自噬蛋白sequestosome 1（SQSTM1）的持续增加和几个v-ATPase亚基的减少。PSP、CBD和PiD的邻近标记蛋白质组学揭示了tau与自噬和内溶酶体通路多个节点的蛋白关联，包括囊泡运输（VPS35、RAB1A、RAB7A、RAB10、RAB14）、吞噬体成熟（NSF、VCP）以及分子伴侣介导的自噬和自噬体-溶酶体融合（LAMP2）。

SQSTM1（也称为p62）在多种tau蛋白病中与病理tau相关。PSP蛋白质组学整合分析显示，SQSTM1在多个脑区显著增加。SQSTM1在PSP、CBD和PiD尸检脑组织中与tau沉积共定位，并在表达突变tau的动物和细胞模型中与错误折叠tau共定位。在表达突变tau的转基因小鼠中敲除SQSTM1会加剧tau病理和神经元丢失，而过表达SQSTM1则减少tau病理和扩散，表明SQSTM1介导的自噬在清除病理tau聚集体中起重要作用。

另一个关键发现是多个v-ATPase亚基的持续下调。V-ATPases是质子泵，介导溶酶体的酸化，这对溶酶体内容物的降解至关重要。多个v-ATPase亚基也在AD、PSP、CBD和PiD中与病理tau相关，表明v-ATPase功能障碍可能是与tau蛋白密切相关的常见tau蛋白病特征。几项假设驱动实验研究也证实了v-ATPase功能障碍在tau蛋白病中的作用。

Tau与RNA结合蛋白的病理相互作用

Tau相关表达和相互作用组数据提示了tau蛋白病中RNA和RNA结合蛋白（RBP）失调的两种潜在机制：（a）mRNA核输出失调；（b）与RBPs的病理相互作用增加。

PSP蛋白质组学数据集分析揭示了PSP中转录输出（TREX）复合物的持续上调。这包括THOC复合物组分THOC1和THOC6、解旋酶DDX39A（可在TREX的替代形式中替代DDX39B）、输出因子NXF1和ZC3H18。这些变化提示PSP中RNA输出活性增强。

在邻近标记蛋白质组学数据集中，tau在AD、PSP、CBD和PiD中与RBPs关联，强化了tau在tau蛋白病中广泛与RBPs相互作用的观点。Radford等人在PSP脑组织中识别出tau与至少五种RBPs（hnRNP K和M、RPS19、DDX9和YWHAG）的显著关联。Morderer等人发现在至少一种tau蛋白病中，有超过50种RBPs与tau关联。值得注意的是，AD tau与RBPs的关联最为一致，而PSP、CBD和PiD表现出更具选择性的模式。

病理tau-RBP相互作用可破坏广泛的RNA调控过程，包括选择性剪接、RNA及相关蛋白的隔离、增强tau聚集和核糖体抑制。这些破坏导致细胞功能障碍，并与tau毒性交织在一起。

胶质细胞铁稳态失调

蛋白质组学研究提示铁稳态失衡可能也参与原发性tau蛋白病。铁储存蛋白铁蛋白轻链（FTL）在几项蛋白质组学研究中被强调为人原发性tau蛋白病组织中的关键改变。

具体而言，这些研究表明，与对照组相比，PSP和CBD组织中FTL显著更高，并且FTL在CBD中的增加程度大于PSP。携带MAPT基因P301L和内含子E10+3变体（FTDP-17）的FTD病例中FTL也显著增加。邻近标记蛋白质组学研究和人tau蛋白病脑组织免疫组织化学显示，FTL与CBD的成熟星形胶质细胞斑块密切相关，在那里它积聚在星形胶质细胞斑块相关的小胶质细胞中。FTL也与PSP和PiD中的tau病理相关，尽管程度低于CBD。这些数据表明FTL与原发性tau蛋白病中的tau纯胶质细胞关联。

除了FTL，间接影响铁稳态的蛋白质铜蓝蛋白在PSP样本中与对照组相比也发生改变，提示原发性tau蛋白病中涉及铁稳态失衡的潜在疾病机制。

展望与未来方向

尽管目前仅进行了有限数量的人类tau蛋白病脑组织蛋白质组学研究，但它们为理解原发性tau蛋白病的潜在机制提供了丰富信息。已进行的不同蛋白质组学方法为疾病发病机制贡献了独特且互补的视角。

通过提供对驱动原发性tau蛋白病的疾病机制的更好理解，并精确定位疾病中显著改变的特定蛋白质，蛋白质组学数据集可作为识别有前景治疗途径的未充分利用但关键的资源。继蛋白质组学之后，接下来的关键步骤是验证显著的蛋白质变化，进一步表征这些蛋白质在tau蛋白病中的机制作用，并评估其作为药物靶点的潜力。

直接比较几种原发性tau蛋白病的蛋白质组学研究是重要的未来研究方向，这将有助于识别共同和疾病特异性的机制。这是确定PSP、CBD和PiD的共同治疗方法是否可行所需的关键知识。此外，tau蛋白病之间识别的蛋白质差异可能揭示新的tau蛋白病特异性生物标志物，这对提高诊断准确性至关重要。

未来，扩展原发性tau蛋白病组织的蛋白质组学分析存在重要机遇，更多样本量更大的研究将极大地提高发现的可信度并提供对脑区差异的新见解。特别需要关注与对照组相比CBD和PiD蛋白质组学变化的研究。