圣诞节前夕，百健(Biogen)和卫材(Eisai)宣布其共同开发的阿尔兹海默病(AD)药物BAN2401在一个持续12个月的II期临床试验中未达到一级终点(Biogen的阿尔茨海默病药物临床二期失败，股价下跌4%)。面对这样的结果，两家公司均表示不会放弃开发，后续将继续一个18个月的临床试验并以中枢粉状蛋白类生物标记物来替代临床终点。然而这并不能让人们对此信心满满，以生物标记物水平做指标，本身就不能保证可靠的临床药效。BAN2401是一款β淀粉蛋白抗体，这一失败再次给以β-淀粉样蛋白为靶点的抗AD药物开发蒙上了一层阴影。

       人们不会忘记去年感恩节前，礼来公司的抗体药物Solanezumab的临床失败所带来的巨大影响。随着以淀粉样蛋白为靶点的多种药物不断在临床试验中折戟沉沙，基于这一假说的相关研究热情也在逐渐衰退。越来越多的制药公司将目标转向了其他的假说和机理，如神经递质，神经炎症，细胞凋亡和Tau蛋白病变等。其中Tau蛋白病变以微管相关蛋白Tau聚合物的出现为特征，是AD的标志性病变之一，特别是Tau蛋白的病理机理与认知功能减退联系更加紧密。因此Tau正受到来自世界范围内AD药物研发领域的重视，今天我们就对Tau靶点相关内容做一个系统梳理。

       图1 正在开展的临床试验中，不同机理的投资占比(图片来源：参考文献3)

       Tau蛋白的背景介绍

       Tau蛋白是微管结合蛋白家族中的一种支架蛋白，在正常的神经元中，Tau蛋白主要富集于神经元轴突周围，主要功能包括调节、维持微管稳定性、辅助神经元轴突的运输功能等。Tau蛋白共包含四个功能区域，分别是：氨基端投射功能区(Projection domain)、脯氨酸富集区、微管结合区(MBD)和碳端功能区(图2)。在溶液中，Tau蛋白通常处于非折叠状态，带有交替排列的负电荷氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸、磷酸化丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸)和正电荷氨基酸(精氨酸和赖氨酸)。通过MBD结合微管能够引起Tau蛋白的结构改变，使得负电荷区域从微管表面产生分支，形成一个链接基团(linker)与如膜联蛋白等膜组分连接在一起。脯氨酸富集区的序列包括PxxP基序。较短的碳端功能区似乎可以抑制Tau蛋白聚合，这段区域的缺失可能与Tau蛋白在AD中的丝状结构形成有关。

       图2 人类中枢神经系统六种Tau蛋白亚型序列及四大功能区分布(图片来源：参考文献2)

       Tau蛋白的病理生理学

       研究发现Tau蛋白的翻译后修饰(post-translational modifications, PTMs)是调控其蛋白结构和功能的重要方式。其PTM的形式有很多，包括像糖基化、乙酰化、截断等，但是最主要的一种方式就是磷酸化。正常生理条件下，这些修饰也是广泛存在的，只是在病理环境中他们会变得更加剧烈。Tau蛋白中的脯氨酸和赖氨酸残基含量非常高，并且有超过80个潜在的磷酸化位点，这么多的脯氨酸和赖氨酸个数，使得Tau在病理状态下由过度磷酸化导致的相互交联，和通过缩合反应与其他Tau分子的聚集，变得更加容易。在病理条件下，Tau的磷酸化水平是正常的2-3倍，这种过磷酸化使得Tau蛋白从微管上脱落下来，胞质中的Tau含量上升，发生聚集形成难溶的纤维束，最终导致神经纤维纠缠，这也是AD的一个重要的病理特征。Tau在正常生理条件下存在广泛的翻译后修饰，但是在病理条件下，翻译后修饰会更加的猛烈，导致tau聚集并限制其清除。虽然上述过程的具体机理尚不清楚，但基于不同Tau病变的观察，我们能够确定的是，这一过程是受到来自多方面的调节。Tau蛋白的体内平衡可以被多种方式干扰产生一系列的生化反应，从而导致不同大脑区域、不同细胞类型发生相应变化，表现出不同的临床症状，所以这些PTM位点将是潜在的治疗靶点。很多病理状态下的磷酸化位点，在AD患者的脑组织中都得到了确认，基于此机理科学家开发了很多特异性抗体。与磷酸化相关的激酶包括GSK3-β，CDK5，CDK2等。

       Tau蛋白病的分类和动物模型

       Tau蛋白病包括一系列的神经退行性疾病，如额颞叶痴呆(bvFTD)、迟滞型失语症(PNFA)、词义性痴呆(SD)等。虽然有这么多的种类，但是考虑到这些Tau蛋白病的共性都是过磷酸化，聚集形成纤维化聚合物，我们有理由去假设至少一部分相关靶向的药物都将是广谱药物。

       在Tau蛋白研究中使用的绝大多数动物模型为转基因小鼠，通过特定的神经元启动子来表达野生型或突变型Tau蛋白。除了小鼠，其他动物，包括其他啮齿类动物都很少用于Tau蛋白研究。究其原因，一是这些模型与小鼠和人体组织的内在差异；二是试验动物的周龄/年龄选择。老年动物有助于将研究结果从动物模型向人的转换，但如果选择老年大动物来建立模型则需要考虑培育的成本，还有随年龄增长而带来的共患病的影响。

       Tau蛋白的致病机理

       一个广泛的共识是Tau蛋白在疾病的发展中部分转变为**亚型，针对Tau蛋白病变的药物就是基于此——Tau蛋白**而开发的。这一过程很可能就是由一系列的翻译后修饰，比如磷酸化的帮助下完成的。另外，Tau蛋白通过折叠而成的一个介于二聚体和纤丝之间的寡聚体(Oligomer)也能够使其产生**(图3)，这些PTM之间的关系现在尚不清楚。

       图3 Tau蛋白的致病机理(图片来源：参考文献2)

       目前对于Tau蛋白病变的发病机理存在几种假说。在AD领域，淀粉样蛋白假说作为上游与Tau蛋白变性理论结合到了一起。在病理状态下，突触后Tau的正常组装蛋白功能被显著提升，最终在Aβ信号介导下产生下游**，比如钙离子内流。另一种假说是Tau蛋白聚集阻止了细胞的清除机制，这种早期的动态聚集最终促进了纤维的形成和生长。针对这一过程的药物包括各种Tau聚合抑制剂，如亚甲蓝等。第三种假说是Tau病变损害了轴突的物质输送，包括线粒体损伤等。线粒体功能受损，进而增强了氧化应激，更容易发生磷酸化，使得线粒体自噬系统紊乱。

       另一个问题就是在AD早期阶段通常只有一部分大脑区域受到影响，但是在疾病后期阶段往往扩散至整个大脑区域。这又是什么原因造成的呢？答案就是Tau蛋白的扩散。研究发现，AD患者脑中的Tau蛋白可以通过扩散最终导致脑中各个区域发生变性(图4)，通过向转基因小鼠海马，及皮层神经元中注射死亡AD患者的脑提取物，再对临近脑组织进行分析是否发生了Tau病变。研究人员发现扩散的速度首先取决于两处组织信号介导的连接紧密性，而不是物理距离，这是由于Tau蛋白是先被神经元释放到胞外，再被其他的神经元摄取，从而完成扩散的，当神经元更加活跃时，Tau蛋白扩散也会加剧。值得注意的是，将注射入脑后产生的内生Tau蛋白移除，虽然不能阻止其扩散，但是结果显示这样的确能够降低蛋白**。这说明针对胞外Tau蛋白进行治疗，可能会比针对神经元内的蛋白更容易，也更有效。

       图4 Tau蛋白的扩散(图片来源：参考文献2)