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Molecular Neurodegeneration | 创伤性脑损伤中病理性tau蛋白磷酸化的细胞和分子机制:对慢性创伤性脑病的影响

Molecular Neurodegeneration | 创伤性脑损伤中病理性tau蛋白磷酸化的细胞和分子机制:对慢性创伤性脑病的影响
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本文系统综述了创伤性脑损伤(TBI)如何通过多种细胞信号通路诱导tau蛋白的异常磷酸化,进而促进慢性创伤性脑病(CTE)的发展。研究为CTE的机制研究和疾病模型开发提供了关键线索。

 

Tau蛋白在神经元和胶质细胞中起关键作用,特别是在微管组装和稳定中。在某些病理条件下,tau蛋白发生异常磷酸化并形成神经毒性纤维缠结,进而导致神经系统进行性退化。创伤性脑损伤(TBI)是一种常见且严重的神经系统损伤,其临床表现范围从轻度到重度,反复性TBI是慢性创伤性脑病(CTE)的主要诱因。CTE是一种独特的tau蛋白病,其特征是病理性tau在脑沟回深处及血管周围沉积。TBI的原发性损伤(如脑屏障破坏、轴onal剪切)和继发性损伤(如神经炎症、氧化应激、兴奋毒性、线粒体功能障碍)通过激活激酶(如GSK3β、CDK5、ERK、JNK、p38)和磷酸酶(如PP2A)失衡,诱导tau蛋白的异常磷酸化和聚集。尽管已有研究发现MAPT基因突变与某些tau蛋白病相关,但目前尚无直接证据表明这些突变与CTE相关。非编码调控机制、表观遗传修饰以及翻译后修饰(如乙酰化、糖基化、泛素化)也被认为在tau病理中发挥作用。因此,研究TBI后tau蛋白磷酸化的分子机制对于开发CTE及其他tau蛋白病的早期诊断和治疗策略具有重要意义。

 

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本文重点探讨了TBI如何通过多种分子机制诱导tau蛋白的异常磷酸化及其在CTE中的病理特征。研究指出,TBI后神经炎症、氧化应激、兴奋毒性及线粒体功能障碍等病理过程通过激活GSK3β、CDK5、ERK、JNK和p38等激酶,促进tau蛋白在多个关键位点(如Thr175、Thr181、Ser199、Ser202、Thr205、Thr231、Ser396、Ser404)的磷酸化,进而导致其从微管上解离、构象改变、暴露磷酸酶激活域(PAD)并形成可传播的寡聚体,最终发展为成对螺旋丝(PHF)和神经原纤维缠结(NFT)。在TBI动物模型中,这些磷酸化位点的异常表达已被广泛检测到,例如在小鼠模型中,TBI可诱导pThr231、pSer202、pSer396及PAD暴露,导致GSK3β活化和tau聚集。此外,研究还指出,磷酸酶PP2A在TBI和CTE中表达下调,导致tau蛋白去磷酸化能力下降,进一步加剧其病理性磷酸化状态。本文还强调了CTE特有的tau病理分布,即p-tau在脑沟回深处及血管周围聚集,而不同于阿尔茨海大鼠模型中主要在内侧颞叶和海马的分布。CTE中3R和4R tau亚型均可参与病理聚集,而阿尔茨海默病主要为3R和4R混合病理。此外,本文还讨论了tau蛋白的构象变化,如cis-p-tau的积累在TBI后显著增加,而这一病理可通过抗cis-p-tau单克隆抗体进行干预,提示其作为治疗靶点的潜力。文章还系统分析了TBI动物模型(如CCI、FPI、weight drop、blast injury)在tau蛋白病理研究中的应用及局限性,特别是这些模型在模拟CTE特异性病理(如血管周围p-tau沉积)方面存在不足。因此,近年来发展出闭合性颅脑损伤(CHI)模型和CHIMERA模型,以更好地模拟TBI的重复性和生物力学特征。这些模型能够重现TBI后tau磷酸化、聚集和神经炎症反应,支持其在CTE研究中的应用。最后,本文还总结了目前CTE的神经病理学诊断标准和临床综合征(TES)的评估体系,强调了生物标志物和神经影像技术在早期诊断中的价值,以及未来针对激酶抑制剂、磷酸酶激活剂和tau传播阻断剂的治疗策略。

 

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TBI诱导的tau蛋白异常磷酸化是CTE发病的核心机制。多种激酶(如GSK3β、CDK5、ERK、JNK、p38)和磷酸酶(如PP2A)的失衡共同促进tau从生理状态向病理状态的转变。CTE的tau病理特征与其它tau蛋白病不同,主要表现为血管周围和脑沟回的p-tau沉积,以及3R和4R tau混合病理。TBI动物模型中,tau磷酸化水平与神经炎症、氧化应激和线粒体功能障碍显著相关,为CTE的机制研究和药物开发提供了实验基础。未来,结合神经影像、生物标志物检测和靶向干预tau磷酸化激酶的治疗策略,将为CTE的早期诊断和疾病修饰治疗提供新的方向。

 

文献来源:
Neil Donison, Jacqueline Palik, Kathryn Volkening, and Michael J Strong. Cellular and molecular mechanisms of pathological tau phosphorylation in traumatic brain injury: implications for chronic traumatic encephalopathy. Molecular Neurodegeneration.