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tau蛋白積聚是多種疾病的主要驅動因素和病理特徵，包括皮克病、帕金森病、痴呆症等。目前尚缺乏這些疾病的有效治療手段。
來自劍橋大學的研究團隊利用轉基因斑馬魚模型，對1400多種經過美國食品藥品監督管理局（fda）批准的藥物化合物進行了篩選，發現一種治療青光眼的藥物——碳酸酐酶抑製劑——可以降低細胞tau蛋白水平。
碳酸酐酶抑製劑可以使溶酶體移動至細胞表面，促進細胞「吐出」tau蛋白，從而降低總tau水平和磷酸化tau水平。對於攜帶人類tau突變的小鼠模型，碳酸酐酶抑製劑治療使小鼠大腦tau水平下降，記憶和認知能力得到提高。
研究發表在《自然·化學生物學》雜誌上。
研究人員構建了具有明顯tau毒性，並且適用於中等通量篩選的脊椎動物模型——轉基因斑馬魚tau蛋白病變模型——在魚視網膜中表達人類野生型tau。由於tau蛋白毒性，視網膜細胞會在幾天之內迅速退化，表現為光感受器丟失和感光細胞退化，這種退化過程可以有效模擬tau病理變化。
研究人員共測試了1437種藥物，以斑馬魚桿狀光感受器變性改善評價tau毒性，篩選選中了methocarbamol。3μm濃度的methocarbamol可以顯著挽救tau誘導的感光細胞退化、脊柱和體軸的形態缺陷，降低總tau和磷酸化tau水平。
methocarbamol改善tau毒性相關病理、降低tau水平
methocarbamol是一種碳酸酐酶（ca）i抑製劑，根據藥物資料庫預測，會與其他ca同工酶相互作用。研究人員假設ca在methocarbamol改善tau毒性中起到關鍵的調節作用。通過進行rna逆轉錄，研究人員找到了斑馬魚眼睛和神經元中表達ca的基因，並通過crispr–cas9使這些基因表達水平降低，10天後，可以觀察到斑馬魚光感受器丟失和形態缺陷得到改善。也就是說，抑制ca可以預防斑馬魚模型中的tau毒性。
使用熒光信號標記神經元中的tau蛋白可以發現，抑制ca表達可以加速tau蛋白的清除速度。研究人員假設ca抑製劑是通過溶酶體清除tau的，但是在加入溶酶體抑製劑氯化銨之後，並沒有阻止ca抑製劑對tau清除的加速作用。類似的實驗顯示，ca抑製劑對光感受器的保護作用也不依賴於自噬和蛋白酶體。
ca抑制增加tau清除率，但不會影響體內蛋白酶體或自噬降解
這就奇怪了，ca抑製劑究竟是如何促進tau清除的呢？
溶酶體除了可以降解細胞內的蛋白質，還可以將毒性蛋白通過胞吐作用排出到細胞外。通過之前的實驗可知，雖然氯化銨抑制溶酶體酸化，影響溶酶體內部的降解環境，但是並沒有影響tau清除，而ca抑製劑促使溶酶體的ph升高，增強了溶酶體的胞吐作用，使溶酶體移動至細胞邊緣與細胞膜融合，釋放tau至細胞外基質。這些被分泌出去的tau未被磷酸化，不具備引發蛋白聚集的「種子能力」，因此可以減輕tau積累帶來的細胞毒性。
ca抑製劑通過溶酶體胞吐誘導tau分泌
接下來，研究人員在攜帶p301l tau突變的轉基因小鼠中測試了ca抑製劑甲唑胺的效果。通過皮下植入滲透性微型泵，連續28天給葯（10、20或50mg/kg/天），結果顯示，低濃度甲唑胺也可以顯著抑制小鼠大腦的ca活性，並且顯著降低總tau-p3-1l水平；50mg/kg/天可以有效減少過度磷酸化tau水平，顯著降低了毒性tau積累。
小鼠總tau和磷酸化tau水平降低
在攜帶p301s tau突變的ps19轉基因小鼠中評估甲唑胺對認知的治療效果。小鼠從6月齡開始逐漸形成tau聚集，在8-10月齡表現出較為嚴重的神經退行性癥狀。在小鼠8-9月齡和9-10月齡時分別植入皮下滲透性微型泵，進行每日20mg/kg甲唑胺給葯，為期28天。結果顯示，甲唑胺治療顯著減少了小鼠海馬的神經元丟失，降低磷酸化tau積累，並且提高了小鼠對新事物的識別能力。
總的來說，研究證明ca抑製劑可以調節溶酶體酸化，促進通過胞吐作用的tau分泌，從而降低神經元內的tau水平，改善斑馬魚和小鼠模型中的神經元丟失和行為缺陷，展示了ca抑製劑用於治療tau異常聚集為主要病理特徵的神經退行性疾病的可能性，同時也說明，刺激毒性蛋白的非常規分泌可能是治療相關疾病的有效方法。
lopez a, siddiqi f h, villeneuve j, et al. carbonic anhydrase inhibition ameliorates tau toxicity via enhanced tau secretion[j]. nature chemical biology, 2024: 1-11.
本文作者丨王雪寧
