人类MAPT突变体P301L和P301T中tau蛋白纤维的独特折叠结构解析

本研究针对tau蛋白基因(MAPT)突变导致的额颞叶痴呆伴帕金森综合征(FTDP-17)，通过冷冻电镜技术首次解析了P301L和P301T突变体tau纤维的三维结构。研究发现这两种突变形成了与散发性tau病变截然不同的折叠构象：P301L呈现三叶草状双层层叠结构，而P301T则存在V型主构象和类P301L的次构象。这些独特结构揭示了突变特异性tau聚集的分子机制，为开发靶向诊断工具和个体化治疗策略提供了结构基础。

　　

tau蛋白异常聚集是多种神经退行性疾病的共同病理特征，其中MAPT基因突变导致的额颞叶痴呆伴帕金森综合征(FTDP-17)尤为特殊。虽然已知P301位点突变（如P301L和P301T）是最常见的致病突变，但这些突变如何改变tau蛋白的组装机制，以及不同突变是否产生特异性的病理结构，始终是领域内亟待解决的关键科学问题。

来自MRC分子生物学实验室等机构的研究团队在《Nature Structural & Molecular Biology》发表了突破性研究成果。通过冷冻电镜技术，研究人员首次解析了5例P301L患者和1例P301T患者大脑皮层提取的tau纤维结构。令人惊讶的是，这些突变体形成了与所有已知散发性tau病变（如阿尔茨海默病、皮克病等）完全不同的独特折叠构象。

研究采用了多项关键技术：从患者顶叶/颞叶皮层提取sarkosyl不溶性tau组分；使用Krios G2/G4冷冻电镜采集数据（最高分辨率达2.26?）；通过RELION-4.0进行螺旋重建；采用ISOLDE和REFMAC5进行模型优化。所有病例均经基因检测确认MAPT突变，神经病理学评估显示典型的4R tau阳性包涵体。

【结构特征】
冷冻电镜重建揭示P301L tau纤维核心（G271-T377）呈现独特的双层层叠三叶草构型：由两个发夹状臂（短臂282-303，长臂304-342）和茎干结构（271-281与343-362反向平行）组成。L301侧链深埋于S305/Q307形成的极性网络中，其局部构象与重组tau片段(297-391)形成淀粉样纤维的中间态高度互补。

【突变特异性】
P301T病例中发现两种构象共存：主要构象（66%）为V型四层结构，次要构象（34%）类似P301L的三叶草折叠。值得注意的是，T301侧链与302-304甘氨酸三联体形成氢键网络，这种突变特异的相互作用模式完全不同于P301L的疏水包装。

【病理相关性】
免疫印迹显示所有病例均存在64/68 kDa高磷酸化4R tau条带，与皮质基底节变性等4R tauopathy一致。但结构比较发现：1）P301L长臂(306-341)与皮克病3R tau折叠高度相似（RMSD 0.96?）；2）P301T V型构象的R4结构域(337-357)与嗜银颗粒病存在局部相似性，但整体包装方向相反。

【临床意义】
这些发现挑战了现有分类体系：1）证实FTDP-17T应区别于散发性tau病变；2）提示GGT III型可能是独立疾病亚型；3）解释了[¹⁸F]-flortaucipir显像剂在P301L患者中低结合率的分子基础。研究还发现转基因小鼠模型的tau纤维核心普遍比人源样本短，这对动物模型的选择提出了重要警示。

讨论部分强调，P301突变通过破坏局部结构暴露306VQIVYK311关键序列，进而诱导tau形成突变特异的折叠构象。这些结构差异可能解释P301L主要导致行为变异型FTD，而P301T引发锥体外系症状的临床异质性。该研究为开发突变特异性PET示踪剂和靶向抑制剂提供了精确的分子蓝图，推动tau蛋白病进入精准医疗时代。