精胺介导的tau蛋白多胺化修饰通过促进致病构象而非纤维聚集加剧神经退行性病变

本研究针对阿尔茨海默病(AD)中异常升高的精胺(SPD)水平，通过组织型转谷氨酰胺酶(TG)催化tau蛋白多胺化修饰，发现SPD修饰主要发生在tau N端谷氨酰胺(Q)位点，显著增强微管(MT)聚合动力学，同时减少β-片层纤维聚集但促进寡聚体形成和致病构象（如PAD暴露和Alz50阳性构象），揭示了tau病理中非纤维聚集途径的新机制。

　　

在神经退行性疾病研究领域，tau蛋白的异常聚集一直是科学家们关注的焦点。传统观点认为，tau蛋白形成的神经纤维缠结是导致神经元损伤的主要原因。然而，越来越多的证据表明，在纤维缠结形成之前，tau蛋白的早期构象变化和寡聚体可能才是真正的"元凶"。与此同时，科学家们注意到在阿尔茨海默病患者大脑中，一种名为精胺(SPD)的小分子水平显著升高，这种分子能够通过组织型转谷氨酰胺酶(TG)催化与tau蛋白结合。但这一现象究竟是疾病的"因"还是"果"，以及它如何影响tau蛋白的功能，长期以来都是未解之谜。

为了回答这些问题，来自密歇根州立大学的研究团队开展了一项开创性研究。他们发现，SPD修饰会改变tau蛋白的行为方式，使其更倾向于形成致病的构象，而不是传统的纤维状聚集。这一发现挑战了人们对tau蛋白病理的传统认知，为理解神经退行性疾病的发病机制提供了全新视角。相关研究成果发表在《Biochemical Journal》上。

研究人员主要运用了以下关键技术：重组蛋白表达纯化技术获得2N4R(hT40)和2N3R(hT39)tau亚型；TG酶催化体外多胺化反应制备SPD修饰tau；质谱分析鉴定修饰位点；微管结合和聚合动力学分析；激光光散射(LLS)监测聚集动力学；硫磺素S(ThS)检测β-片层结构；透射电镜(TEM)观察聚集体形态；Western blot分析稳定多聚体；以及多种构象特异性抗体的sELISA检测。

研究结果部分，首先是"体外多胺化在tau蛋白多个结构域的Q位点产生SPD修饰"。质谱分析发现SPD主要修饰tau N端的Q6、Q26、Q49等位点，其中Q6位于与轴突运输失调相关的磷酸酶激活域(PAD)。这些位点与TG介导的tau交联位点重叠，提示它们可能是tau功能调控的关键区域。

"SPD修饰的tau在体外加速MT聚合"部分显示，SPD修饰显著缩短了tau介导的微管聚合达到半最大值的时间(K_d)，其中hT39亚型还提高了稳态平衡水平(V_max)。这表明多胺化增强了tau调控微管动力学的活性，可能是由于带正电的SPD与带负电的微管间静电相互作用增强所致。

在"SPD修饰改变tau聚集动力学"方面，LLS和ThS实验表明SPD-hT40的聚集速率降低45%，最大光散射降低18%，β-片层结构显著减少。电镜观察发现SPD-hT40的纤维状聚集体减少74%，而hT39则形成更多>450 nm²的大颗粒聚集体。这些结果说明SPD修饰将tau聚集导向非纤维途径。

特别值得注意的是"SPD修饰增加未聚集和聚集tau样品中的稳定多聚体"。Western blot显示SPD修饰tau即使在未聚集状态下也含有更多高分子量稳定多聚体，提示多胺化可能直接诱导tau形成稳定的寡聚体结构。

最关键的发现体现在"SPD修饰促进tau致病构象形成"。sELISA检测显示，SPD修饰显著增加TOC1和TOMA1抗体识别的寡聚体，以及Alz50识别的错误折叠构象。尤为重要的是，未聚集的SPD-tau就表现出明显的PAD暴露和Alz50阳性信号，说明这些致病构象的形成不依赖于tau聚集过程。

在讨论部分，作者指出这项研究填补了tau翻译后修饰领域的重要空白。传统研究多聚焦于磷酸化和乙酰化修饰，而对多胺化等罕见修饰知之甚少。该工作首次系统阐明了SPD修饰如何通过改变tau构象 landscape，使其偏离纤维形成途径而转向寡聚体等致病形式。这一发现为理解AD中SPD水平升高的病理意义提供了直接证据，也为开发针对tau早期构象变化的治疗策略指明了新方向。

这项研究的创新性在于揭示了tau病理中一个此前未被重视的"分流"机制：在特定修饰作用下，tau蛋白可能通过"非纤维途径"(off-filament pathway)形成致病物种。这不仅解释了为何某些tau病变中纤维沉积与症状严重程度不完全相关，也为理解tau寡聚体的毒性机制提供了重要线索。未来研究需要进一步探索SPD修饰tau在动物模型中的行为，以及如何靶向这一修饰过程开发新型治疗策略。