Alzheimer病(AD)是以进行性记忆和认知功能丧失为临床特征的大脑退行性疾病，其神经病理学特征为神经细胞内神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFTs)、神经细胞外老年斑(senile plaques, SPs)和神经细胞减少。尽管NFTs的形成机制尚未完全明了，然而近年来的研究提示tau蛋白的异常磷酸化与NFTs的形成有关。

1NFTs的分布、结构特征及组成

1.1NFTs的分布和结构特征NFTs多见于新皮质锥 体细胞、海马、杏仁核，存在于神经元的胞体及其小神经突起。AD患者神经原纤维退化主要与NFTs形成有关。1907，Alzheimer应用Bielschowsky的银染色方法，首先观察到AD脑神经细胞内神经原纤维的显著改变——NFTs：初期，在细胞内有一或数根粗纤维出现；稍后，很多有相同改变的纤维并列出现，然后形成粗束并逐渐达到细胞表面；最后，细胞核乃至整个细胞崩解，仅剩下粗束纤维。Alzheimer认为这些纤维是神经原纤维化学成分改变的结果，但是，Bielschowsky认为这些缠结的位置和形状与正常的神经原纤维外形太不相似，因此两者不可能相关；而Divry则认为NFTs是来自循环的淀粉样物质沉积在细胞表面，构成纤维结构。直到60年代早期，超微结构研究弄清楚了缠结并不是由淀粉样蛋白构成的，并且进一步揭示这些假定的神经细丝有小管状外观，它们被扭曲成一种螺旋结构，进而阐明了NFTs的特征是双股卷曲的神经丝以一周为800埃的螺旋方式结合在一起，从而证实了Alzheimer等长期以来的猜想：这些缠结可能是由正常细胞骨架成分发育而成的异常结构。毫无疑问，这些异常的螺旋结构干扰了神经元细胞的正常功能，最终导致神经元细胞死亡^［1］。

1.2NFTs的组成NFTs包含双股螺旋纤维(PHF)和直丝(SF)。PHF是NFTs的主要组成纤维，具有独特的形态。顾名思义，PHF是由两股亚单位以螺旋方式相互盘曲而成，在电子显微镜下显示宽为8～20 nm、周期为80 nm的构像。PHF可以缠结片段或分散细丝方式被分离，它们具有相同的抗原决定簇，但在强变性剂中的溶解性和对蛋白酶的敏感性却不相同。SF显现与PHF大致相同的明显周期性，但宽度调节较不明显。SF和PHF共有tau抗原决定簇，且当用链霉蛋白酶处理时，其表现方式相同。表明PHF和SF包含相同或密切相关的亚单位，这两种亚单位在两种丝中的排列不同。由于PHF表现的独特生物学特征—不溶解性和对蛋白酶的抵抗性，长期以来阻碍了人们对它们进行广泛的生化分析，直到1988年才清楚地显示：出现在凝胶上的不溶于十二烷基硫酸钠(SDS)的PHF含有tau蛋白(一种微管相关蛋白)和泛素(胞浆ATP依赖的蛋白降解系统的一种基本成分)的羧基端部分^［2］。蛋白化学和分子克隆直接说明了tau蛋白构成了PHF的一个组成成分，进一步的研究有力地支持tau蛋白是构成PHF唯一必须的成分。量化免疫细胞化学研究提示异常磷酸化tau蛋白堆积是NFTs构成过程中最早期的细胞骨架改变之一^［3］。

2tau蛋白的研究

2.1tau蛋白的分子结构tau蛋白是一种磷酸蛋白，其磷酸化水平的调节随发育而不同，来自未成熟脑的tau蛋白被磷酸化的位点比来自成熟脑的tau蛋白多，前者有6～8个位点发生磷酸化，而后者平均只有2～3个位点被磷酸化，提示tau蛋白在脑成熟过程中有选择地去磷酸化。tau蛋白有多种异构体，是由单基因通过不同的mRNA剪接而产生的。在成熟人脑中可找到6种异构体，它们含有352～441个氨基酸残基，由于存在或缺乏三个插入片段而彼此不同，其共同的结构特征是：每种tau蛋白分子的羧基端一侧都存在3～4个由31～32个氨基酸残基组成的重复序列。用基因重组技术合成的tau蛋白研究表明，tau蛋白分子中的这些重复序列在正常生理条件下是微管的结合部位，同时，有些tau蛋白异构体在氨基端附近包含由29或58个氨基酸残基组成的插入片段^［4］。

2.2tau蛋白的功能自从被发现以来，tau蛋白已被认为是体外微管蛋白聚合的一个有力的助催化剂。tau蛋白与微管结合降低了它们的动力学不稳定性，它提高微管生长端微管蛋白分子连结的速率，降低微管蛋白分子分离的速率，抑制它们向缩短结局相转变。tau蛋白在体内也有相似的功能，已有数个实验室转染tau基因进入正常并不表达tau蛋白的细胞。在转染细胞中，tau蛋白与微管结合，增强微管的稳定性，有时诱导微管成束，成束可能是受tau蛋白影响，使微管稳定的结果^［4］。

2.3tau蛋白的磷酸化与去磷酸化磷酸化负调节tau蛋白与微管结合的能力，被有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)磷酸化的tau蛋白与微管结合的能力仅为非磷酸化tau蛋白的十分之一^［4］，过度磷酸化tau蛋白分子之间相互作用形成PHFs；而去磷酸化作用可使PHF缠结松解，形成一些小的PHF片段并释放游离的tau蛋白。已知在体外，MAPK、糖原合成酶激酶-3和脯氨酸指向的蛋白激酶都使tau蛋白中某些位点异常磷酸化；而三种蛋白磷酸酯酶，即蛋白磷酸酯酶1、蛋白磷酸酯酶2A和蛋白磷酸酯酶2B可使tau蛋白在脯氨酸指向位点去磷酸化。tau蛋白的磷酸化水平是蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶活性平衡的结果。PHF-tau的异常磷酸化意味着其被磷酸化的位点比正常成人tau蛋白多，可能是AD中某些磷酸化-去磷酸化机制失调^{［2，5，6，10］}。

2.4AD脑tau蛋白的分类AD脑内有3种tau蛋白：易溶型非磷酸化tau蛋白(C-tau),易溶型磷酸化tau蛋白(AD P-tau)和以双股螺旋丝聚合tau蛋白(PHF-tau)。根据PHF-tau在2% SDS中的溶解性，又可将其分为PHF I-tau和PHF Ⅱ-tau，后者还被部分泛素化修饰^［6］。

2.5tau蛋白的磷酸化与NFTs和AD的关系tau蛋白的异常磷酸化是PHF形成的关键一步，尽管NTFs中的tau蛋白磷酸化位点的数目尚未完全肯定，但研究显示平均有6～8个位点被磷酸化，明显高于正常人脑内tau蛋白磷酸化水平，与胎脑的tau蛋白磷酸化水平接近。PHF-tau区别于胎脑tau蛋白一个突出特征是在很多非脯氨酸指向位点上的磷酸化。与胎脑的tau蛋白相比，PHF-tau明显的功能特征是集聚无力，胎脑tau蛋白对微管蛋白聚集保持一程度低却重要的促动活力，但PHF-tau几乎完全丧失这一活力和对微管的亲和力，它们在细胞内堆积并在tau蛋白聚集的辅助因素作用下形成PHF^［2，3］。

tau蛋白异常过度磷酸化并形成PHF被认为是AD神经元退化的基础。我们知道，神经元的功能依赖于细胞体与神经末梢之间的物质传递，而这一作用有赖于微管组装，微管组装又需要功能tau蛋白的刺激，因为启动微管组装的微管蛋白β-亚单位与GTP结合的反应受tau蛋白的诱导。由于AD脑中的tau蛋白被异常磷酸化，失去了诱导微管蛋白与GTP结合的能力，因而降低微管组装能力，继而损害轴浆流，致使一些在胞体与神经末梢之间正常运输而又不被迅速降解的神经元成分聚集在受累的神经元细胞之内，最终导致神经元细胞退变^［11］。PHF-tau可在体外被蛋白磷酸酯酶去磷酸化的结果提示AD的早期脑损伤可能是可逆的^［6］。

3tau蛋白检测的临床应用前景

目前还没有特异的AD治疗方法，故争取早期诊断进行防治非常重要。由于tau蛋白的病理变化出现在AD的早期，在AD脑组织中的tau蛋白水平明显增高，因此关于tau蛋白在AD早期诊断中的作用研究倍受关注。因为tau蛋白是一种细胞内成分，在细胞外液中的浓度极低，故在血液或血清中找不到tau蛋白，近年来应用一种非常敏感的夹层ELISA技术研究发现，在AD早期，大多数病人脑脊液中的tau蛋白升高，因此量化测定脑脊液中的tau蛋白可能成为AD早期诊断的一项有用指标。由于各个研究的样本量相对小，各个实验室采用的tau样品和ELISA技术方面的不同，已报道的脑脊液tau蛋白水平差别大，临界值范围从1 pg/mL到600 pg/mL，因此，必须进一步研究以确定其在AD早期诊断中的作用以及AD脑脊液tau蛋白升高的特异性和敏感性，追踪研究以确定AD脑脊液tau蛋白水平是否与认知功能减退的速度以及神经元变性有关。更令人感兴趣的是，测定那些有轻微认知功能损害而又达不到AD诊断标准的老年人的脑脊液tau蛋白水平，并追踪观察以确定tau蛋白升高是否预示着以后会发展为AD。虽然目前还没有办法能减缓AD的进展，但是一些药物正在开发中，如果疗效确切，那么尽早诊断AD以获得最大疗效将很重要，生物学测定如脑脊液tau蛋白测定可能帮助临床医生达到这个目的^{［7，8，9］}。

参考文献

1，N C Berchtold and C W Cotman. Evolution in the conceptualization of dementia and Alzheimers disease: Greco-Roman period to the 1960s. Neurology of Aging, 1998, 19(3):173

2，Maho M K, Masato H, Koji Takio, et al. Hyperphosphorylation of tau in PHF. Neurobiology of Aging, 1995, 16(3):365

3，C Bancher, C Brunner, H. Lassmann, et al. Accumlation of abnoramally phosphorylated precedes the formation of neurofibrillary tangles in Alzheimers disease. Brain Reserch, 1989, 477(1):90

4，Michel Goedert. Tau protein and the neurofibrillary pathology of Alzheimers disease. TINS, 1993, 16(11):460

5，C X Gong, I Grundke-Iqbal, K Igbal， et al. Dephosphorylation of Alzheimers disease abnormally phosphorylbted tau by protein phosphatase-2A. Neuroscience, 1994, 61(4):765

<