大Tau异构体在人中枢和外周神经系统中的分布

《Annals of Neurology》：Distribution of Big Tau Isoforms in the Human Central and Peripheral Nervous System

　　

目的：Tau在神经退行性疾病中被广泛研究，但大多数研究关注经典脑Tau异构体。一种更长的异构体——“大Tau”（big tau），由包含外显子4a（exon 4a）产生，在外周神经系统（PNS）和中枢神经系统（CNS）区域中表达。研究人员旨在表征大Tau的组成、解剖分布及疾病相关性。方法：使用质谱法（MS）对大Tau进行测序并绘制其在人神经系统中的分布图。死后样本包括来自阿尔茨海默病（AD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和对照组的脑组织；脊髓和外周神经。还从对照组和按淀粉样蛋白状态及认知障碍分层的参与者中，在脑脊液（CSF）中定量了大Tau和经典（“小Tau”）异构体。结果：人源大Tau由外显子4a-长（exon 4a-long）或外显子4a-短（exon 4a-short）分别编码的355个或251个氨基酸插入产生。外显子2、3和10的选择性剪接生成多种大Tau异构体。脑中的总Tau水平比PNS高约1000倍；然而，大Tau的相对丰度从CNS到PNS增加，在外周占总Tau的50%，在脑中约占1%，主要定位于小脑。在CSF中，大Tau水平不受淀粉样蛋白异常或认知障碍影响，而经典Tau随AD病理增加而增加。解释：大Tau代表一个独特的Tau群体，在PNS中富集，且与脑源性Tau的疾病相关变化解耦，这表明区分大Tau与经典Tau可能改善Tau生物标志物的解释，并有助于区分CNS神经退行性变与周围神经病变。ANN NEUROL 2026

**论文解读：大Tau异构体在人中枢和外周神经系统中的分布及疾病相关性**

**研究背景与问题**

Tau蛋白（microtubule associated protein tau，MAPT）是神经退行性疾病研究中的核心分子，其异常聚集构成阿尔茨海默病（AD）等tau蛋白病的病理标志。经典Tau异构体（约45–60 kDa）在脑中被广泛研究，但存在一种更长的异构体——“大Tau”（big tau，约110 kDa），由外显子4a（exon 4a）插入产生。既往研究在啮齿类动物中发现大Tau在外周神经系统（PNS）和部分中枢神经系统（CNS）区域（如脊髓、小脑）表达，但人源大Tau的蛋白序列、解剖分布及其在疾病中的意义尚不明确。目前，血液Tau生物标志物面临的一个关键挑战是：血浆中检测到的Tau至少包含脑源性（CNS）和外周组织来源两部分，尤其是PNS来源的大Tau可能干扰AD特异性生物标志物的解读。因此，阐明大Tau的分子组成、分布规律及其与经典Tau的关系，对于优化Tau生物标志物策略、区分CNS与PNS疾病至关重要。

**研究内容与结论**

研究人员利用质谱法（MS）首次在人神经系统中系统鉴定并定量了大Tau异构体，揭示了其独特的分布模式，并评估了其在阿尔茨海默病（AD）脑脊液（CSF）中的变化。主要结论包括：人源大Tau主要由外显子4a-长（exon 4a-L，编码355个氨基酸）插入产生，外显子4a-短（exon 4a-S，编码251个氨基酸）仅占次要比例；大Tau在PNS中占Tau总量约50%，在脊髓中约10.7%，在脑中仅约0.3%，且在小脑中的表达高于大脑皮层；CSF中大Tau水平在AD不同阶段保持稳定，与淀粉样蛋白病理和认知障碍无关，而经典Tau随AD进展显著升高。这些发现表明，大Tau是一个与CNS来源Tau解耦的独立群体，区分两者可提高Tau生物标志物的特异性，为AD及其他神经退行性疾病的鉴别诊断提供新靶点。该论文发表在《Annals of Neurology》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用免疫沉淀-质谱法（IP-MS）对CNS和PNS组织（包括脑、脊髓、坐骨神经、臂丛神经、背根神经节）及CSF样本进行大Tau测序与定量。样本来源：脑组织来自Charles F. and Joanne Knight ADRC（华盛顿大学医学院），包括AD、ALS及对照组；脊髓及外周神经来自华盛顿大学ALS死后组织库；CSF来自90名参与Tau稳定同位素标记动力学（SILK）研究的参与者，按淀粉样蛋白状态和临床痴呆评定量表（CDR）分组。此外，利用长读长RNA测序（IsoSeq）分析脑组织中的MAPT转录本，通过免疫印迹（immunoblotting）和SDS-PAGE结合胶内酶解LC-MS验证大Tau的分子量分布。

**研究结果**

**Tau外显子4a-长翻译导致人“大Tau”中插入355个氨基酸**
通过串联质谱（MS/MS）鉴定到外显子4与外显子4a-L的桥接肽段，证实人源大Tau主要来源于外显子4a-L插入（编码355个氨基酸），外显子4a-S仅占<5%。免疫印迹在PNS和脊髓中检测到约115–90 kDa的高分子量（HMW）条带，对应大Tau，而脑中未见明显HMW条带。长读长IsoSeq在尾状核和额叶皮层中检测到低丰度的大Tau转录本（0.5–1%）。

**外显子4a-L和6肽段在CNS和PNS中的表达模式**
利用靶向免疫沉淀-平行反应监测质谱（IP-PRM-MS）定量29个Tau肽段。大Tau（外显子4a-L）在脑中的相对丰度约为总Tau的0.3%，脊髓中约10.7%，PNS（坐骨神经、臂丛神经、背根神经节）中约50%，呈现从CNS到PNS递增的梯度。总Tau浓度则呈反向梯度：脑中约12 ng/μg蛋白，脊髓约2 ng/μg蛋白，PNS仅0.01–0.03 ng/μg蛋白。外显子6肽段在整体神经系统中表达极低（<0.5%）。

**小Tau和大Tau的N端投影域在神经系统中的分布**
小Tau（不含外显子4a）的N端异构体（0N、1N、2N）在脑中比例约为43%、46%、13%，在脊髓和PNS中类似。大Tau的N端异构体则呈现不同模式：在脑中，0N、1N、2N大Tau分别占0.03%、0.16%、0.08%的总Tau；在脊髓中，1N和2N大Tau各占约48%；在PNS中，2N大Tau占主导（约45%），1N约40%，0N约15%。这表明大Tau倾向于包含更长的N端投影域。

**大Tau在脑中的区域分布**
在6个脑区（顶叶、额叶、颞叶、枕叶、小脑及脊髓）中，小脑的大Tau相对丰度最高（约1.2%），而大脑皮层仅0.2–0.4%。大Tau在外显子4a-L肽段（如残基235–242）的水平在脑区之间差异显著，小脑显著高于其他皮层区域，提示大Tau可能参与小脑对tau蛋白聚集的抵抗性。

**CSF中小Tau和大Tau肽段**
CSF中大Tau约占总Tau的1%，与脑中的比例一致。在AD横断面队列（包括年轻对照组、年龄匹配Aβ-对照组、Aβ+临床前AD、非AD认知障碍、症状性AD）中，CSF小Tau（0N异构体）在症状性AD组显著升高，并与总Tau和MTBR-tau243（微管结合区tau243）强相关，而与p-tau（pT181、pT217）相关性较弱。大Tau（外显子4a-L）肽段在不同AD分期之间无显著差异，且与淀粉样蛋白状态、tau病理（MTBR-tau243）及认知评分无相关性。外显子6肽段在症状性AD中升高，并与认知下降相关，受试者工作特征曲线（ROC）分析显示其对AD诊断有一定区分能力（AUC=0.91区分Aβ-对照组与症状性AD）。

**CSF大Tau随年龄增加而与淀粉样蛋白无关**
在Aβ-个体中，CSF大Tau（外显子4a-L）水平与年龄呈中等正相关（r=0.56），而小Tau和MTBR-tau243与年龄相关性较弱。在Aβ+个体中，年龄>70岁组的大Tau和兔外显子6肽段显著高于年轻组，但未观察到与淀粉样蛋白状态相关的差异。

**讨论与结论**

讨论部分指出，本研究首次通过MS证据证实人源大Tau主要由外显子4a-L插入产生，其分布呈现从CNS到PNS递增的梯度，且与脑小Tau表现出不同的N端剪接偏好。大Tau在PNS中占半，但在脑中仅占极低比例，且在小脑中的富集可能与其抵抗tau蛋白聚集的神经保护作用相关。CSF中大Tau水平不受AD病理影响，提示其可能作为PNS损伤的生物标志物，而小Tau则反映CNS tau病理变化。结论部分翻译如下：总之，本研究调查了人神经系统中含或不含外显子4a的Tau异构体。缺乏外显子4a的经典Tau异构体占人脑总Tau的99%。外显子4a插入外显子4和5之间产生更大的Tau异构体（大Tau），其大小是常见Tau（小Tau）的两倍。外显子4a经历替代3'剪接生成大Tau 4a-L异构体以及大Tau 4a-S异构体。研究人员通过检测外显子桥接肽段证明外显子4a-L是人类中的主要剪接产物。来自2个不同脑区的转录组研究（IsoSeq）鉴定出含有外显子4a-L的大Tau异构体。含有外显子4a-L的大Tau异构体表现出显著的区域分布，在脑中约占1%的总Tau，但在PNS中高达约60%。外显子2和3的选择性剪接进一步扩大了Tau的多样性，产生了具有与已充分表征的小Tau异构体（0N、1N和2N）不同分布模式的多种异构体。值得注意的是，大Tau异构体表达增加与对tau聚集具有抵抗性的脑区相吻合，这提出了一个有趣的问题：这些Tau异构体是否对tau蛋白病具有保护作用，这需要进一步研究。更重要的是，研究人员的结果表明，虽然脑源性小Tau异构体在AD的CSF中增加，但CSF大Tau肽段保持不变。这些结果为未来开发能够区分脑源性Tau和外周Tau的血液生物标志物检测提供了潜在靶点，这对于区分老年人中可能同时发生或重叠的CNS和PNS疾病至关重要。总之，研究人员的发现扩展了已知的Tau异构体库，并建立了一个研究健康和疾病状态下CNS和PNS富集Tau物种的框架。