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这篇综述聚焦于饱和脂肪酸（sFA）代谢与 Tau 蛋白翻译后修饰（PTMs）的关联。探讨了 sFA 代谢如何影响 Tau 蛋白的磷酸化、乙酰化等 PTMs，进而促进神经原纤维缠结形成，为理解阿尔茨海默病（AD）发病机制提供重要依据，值得关注。
引言
生活方式因素，尤其是摄入高能量密度的不健康饮食，与病理性脑老化相关。长期食用富含饱和脂肪的高脂肪饮食（HFD），会引发肥胖、胰岛素抵抗、代谢综合征和 2 型糖尿病等代谢疾病，这些疾病会促进脑老化，增加认知能力下降和患阿尔茨海默病（AD）的风险。研究表明，改变某些代谢风险因素的干预策略，有望预防 14% 的痴呆病例。
脂质在 AD 的病理生理过程中起着核心作用，然而目前尚不清楚哪些脂质代谢途径与可能导致 AD 特定生化和组织病理学标志物（如淀粉样蛋白生成和 Tau 蛋白磷酸化）表达的神经元变化直接相关。长链饱和脂肪酸（sFAs）作为 HFD 的主要成分，其高摄入量会影响大脑脂质组成，在肥胖、胰岛素抵抗和全身炎症的发展中起关键作用，并且 sFA 代谢还可能参与了 Tau 蛋白的 PTMs，类似 AD 大脑中观察到的情况。因此，本文旨在总结高浓度 sFAs 暴露导致神经元功能障碍的主要机制、相关信号通路，以及 sFA 代谢与 Tau 蛋白 PTMs 潜在的联系。
Tau 蛋白的翻译后修饰
Tau 蛋白对轴突微管的稳定性至关重要，它能保证轴突运输和神经元极性的建立，从而维持神经元的正常功能。在人类中，Tau 蛋白由位于 17 号染色体上的单个基因编码，通过可变剪接可产生六种异构体。经过生化修饰后，Tau 蛋白会从微管上脱离，形成不溶性聚集体，这些聚集体与神经原纤维缠结（NFTs）的形成有关，而 NFTs 是 AD 的一个重要标志。Tau 蛋白会经历多种 PTMs，其中磷酸化最为重要，这是因为其一级结构中存在大量的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基。此外，乙酰化和泛素化等修饰也在调节 Tau 蛋白的生理和病理过程中发挥作用，同时 Tau 蛋白还会发生甲基化、糖基化、SUMO 化、硝化和氧化等修饰，只是相对较少见。
- 磷酸化：磷酸化是 Tau 蛋白最常见的 PTM，其分子中含有 85 个潜在的磷酸化位点。在生理状态下，Tau 蛋白微管结合域和 C 末端区域的磷酸化程度，决定了它与微管的结合程度，进而调节微管的稳定性。正常情况下，每个 Tau 单体通常含有 3 - 5 摩尔的磷酸；然而，在某些特定残基（如 S214、T231、S235、S262、S293、S324 和 S356）发生过度磷酸化时，会降低 Tau 蛋白与微管的亲和力。这是因为磷酸基团的添加会给 Tau 蛋白带来负电荷，破坏其分子间的相互作用，对轴突稳定性和运输产生负面影响，进而损害神经元。Tau 蛋白的磷酸化速率主要由蛋白激酶和磷酸酶的活性平衡决定。参与 Tau 蛋白磷酸化的主要激酶，包括脯氨酸导向激酶（如 GSK3β、PKA、CK1、CK2、MAPKs 和 CDK5），以及非脯氨酸导向激酶（如 AMP 激活激酶 MARK4、Ca2+依赖激酶 CAMK2 和 Src 家族的酪氨酸导向激酶 Fyn）。值得注意的是，在 AD 病理过程中起核心作用的 GSK3β，倾向于磷酸化已被其他激酶启动的 Tau 蛋白。而大脑中含量最丰富的磷酸酶 PP2A，负责超过 70% 的 Tau 蛋白去磷酸化。在原代皮质神经元中，特异性抑制 PP2A 足以诱导 Tau 蛋白过度磷酸化和神经退行性变。
- 乙酰化：乙酰化是指在赖氨酸残基上添加乙酰基，这种修饰对 Tau 蛋白的功能主要与调节磷酸化水平相关。具体来说，位于 Tau 蛋白微管结合区域的 KXGS 基序发生乙酰化时，会抑制这些位点的磷酸化，从而防止蛋白聚集。结构研究表明，乙酰化能够促进 Tau 单体之间的相互作用，根据修饰位点的不同，可导致形成螺旋状或直丝状结构。实际上，有报道称 Tau 蛋白乙酰化水平升高，是 NFTs 形成之前的早期事件。特定残基的乙酰化会抑制伴侣介导的自噬对 Tau 蛋白的降解，促使含有 Tau 蛋白的囊泡释放到细胞外空间，这可能在 Tau 相关病理的传播中发挥作用。不过，也有相反的报道指出，K274、K290、K231 和 K353 等残基的乙酰化，会促进 Tau 蛋白与伴侣蛋白的相互作用，进而诱导 Tau 蛋白的降解。
- 泛素化：泛素（Ub）添加到赖氨酸残基上是一个 ATP 依赖的过程，需要 E1、E2 和 E3 泛素连接酶的参与，这些酶会标记 Tau 蛋白，使其通过泛素 - 蛋白酶体系统进行降解。在病理性 Tau 蛋白的赖氨酸残基上，已鉴定出 17 个潜在的泛素化位点，主要位于微管结合域。磷酸化、乙酰化和泛素化之间的相互作用，似乎能够调节 Tau 蛋白的溶解度和周转，其中磷酸化起到协同调节作用，而赖氨酸乙酰化则作为负调节因子。实验证据表明，一定程度的蛋白磷酸化，是 E3 连接酶（如 CHIP - Hsc70）识别和泛素化 Tau 蛋白所必需的，这一机制有助于通过蛋白酶体途径降解磷酸化的 Tau 蛋白（p - Tau）。
- Tau 蛋白修饰与阿尔茨海默病：在 AD 患者的大脑中，Tau 蛋白上已鉴定出 43 - 55 个不同的磷酸化位点、19 个乙酰化位点、14 - 17 个泛素化位点和 4 个甲基化位点 。蛋白质组学研究揭示，Tau 蛋白的 PTMs 与疾病进展呈正相关，这与 Braak 分期相符。在正常脑老化过程中，仅能检测到少数磷酸化位点，主要对应于 T181、T231、S235、S400、T403 和 S404 等残基。在 AD 早期，最常发生磷酸化的位点是 S199/202、T212/217、S237、S262 和 S396。在疾病的中晚期（Braak 分期 3 - 4 期），磷酸化残基的数量显著增加，同时其他 PTMs（如泛素化和乙酰化）也开始出现，其中 K274、K311 和 K369 是最常检测到的乙酰化残基。到了疾病晚期（Braak 分期 5 - 6 期），PTMs 的数量大幅增加。此时，Tau 蛋白能够与核孔成分相互作用，干扰核质运输，加剧神经毒性。
研究还发现，在缠结形成的不同阶段，Tau 蛋白的磷酸化位点存在差异：在 pretangles 阶段，主要是 T231、S262 和 T153 位点磷酸化；在神经元内缠结阶段，T175/181、S262、S356、S422、S46 和 S214 等位点发生磷酸化；在神经元外缠结阶段，S199、S202、S214、S396、S404、T205 和 T212 等位点磷酸化 。类似地，在 Tau 蛋白聚集的不同阶段，也观察到了特定的磷酸化位点变化，这表明 Tau 蛋白聚集过程中可能存在特定的生化事件序列，但早期的细胞事件仍有待明确。在疾病的早期和中期，均检测到 Tau 蛋白的泛素化标记，其中蛋白 N 端的 Ub 标记，与配对螺旋丝（PHF）构象的早期构象变化密切相关。在 PHF 型构象中，还观察到 K48、K11 和 K6 位点的 Ub 链。在 AD 患者的脑匀浆中，单泛素化和多泛素化同时存在，多泛素化主要集中在微管结合区域，特别是 K254、K311 和 K353 等残基，这些修饰可能是 Tau 蛋白抵抗降解的标志。Tau 蛋白在 K274 和 K281 位点的乙酰化，与记忆问题、AMPA 型受体转运以及 AD 相关的突触后活动阻断有关。这些残基的乙酰化会导致 Tau 蛋白在细胞内的定位异常，使其从神经元轴突转移到胞体树突区，损害细胞骨架的稳定性和功能，进而影响轴突运输。K280 位点的乙酰化在晚期 AD 患者的大脑中较为突出，而在健康人的大脑中则未被检测到。
尽管对最终促使 Tau 蛋白聚集成 NFTs 的 PTMs 机制的认识不断加深，但引发这些修饰的起始因素仍不明确。考虑到蛋白激酶 / 磷酸酶和乙酰化酶 / 去乙酰化酶的活性失衡，以及泛素 - 蛋白酶体途径和自噬系统的失调，能量代谢变化和异常脂质代谢可能是导致 Tau 蛋白 PTMs 的重要因素。
饱和脂肪酸的神经元代谢
饱和脂肪酸（sFAs）在大脑发育中不可或缺，在成年个体中，它们不仅是几乎所有结构脂质的组成成分，还是生物活性脂质和蛋白质脂肪酰化的前体。sFAs 可根据链长分为短链（2 - 4 个碳原子）、中链（6 - 12 个碳原子）、长链（14 - 20 个碳原子）和超长链（22 个或更多碳原子）。长链饱和脂肪酸占膳食摄入总 sFAs 的 80 - 90%，其中棕榈酸（PA）最为丰富。脂肪酸通过不同的转运系统穿越血脑屏障（BBB），进入中枢神经系统，既可以通过被动运输，也可以借助脂肪酸转位酶 / CD36、脂肪酸转运蛋白（FATPs）和 1 型窖蛋白等转运系统，此外，脂蛋白在 BBB 处的水解也能释放 sFAs。与 BBB 类似，神经元对 sFAs 的摄取具有特异性，且主要取决于链长，其中 FATPs 起主要作用。一般来说，大脑中 sFAs 的浓度与血液循环中的浓度成正比，因此，能使血浆 sFA 水平升高的代谢状况，会影响其在大脑中的积累。肥胖且患有代谢综合征的个体，大脑对 sFAs 的摄取量比正常人高 50%，这表明在这些代谢条件下，神经元会暴露于更高浓度的 sFAs 中。此外，有研究报道，肥胖大鼠前额叶皮质中 FATP1 转运蛋白水平增加，进一步证明了全身 sFA 循环对大脑脂质水平和代谢的影响。与健康人相比，2 型糖尿病患者血浆 PA 浓度会升高 1.3 - 3.5 倍。在此背景下，研究发现肥胖个体脑脊液中 PA 浓度升高与记忆表现呈负相关，并且在 AD 患者的顶叶皮质中也检测到 PA 浓度增加。
在大脑中，脂肪酸结合蛋白能够捕获 sFAs，并将其转运到不同的细胞区室，通过多种途径进行代谢。正常情况下，星形胶质细胞是大脑中主要利用 sFAs 通过线粒体 β - 氧化产生 ATP 的细胞，而神经元细胞依赖脂肪酸产生能量的能力相对有限。不过，下丘脑的特殊神经元是个例外，它们能够感知和代谢循环中的脂肪酸，通过 β - 氧化维持全身能量稳态。神经元线粒体 β - 氧化能力较低，主要是由于长链脂肪酸跨线粒体膜的转运受限。尽管如此，神经元中含有肉碱棕榈酰转移酶 1（CPT1，负责将 CoA 转化为肉碱）和肉碱棕榈酰转移酶 2（CPT2，在线粒体内将肉碱替换为 CoA，并释放酰基辅酶 A 用于 β - 氧化）。CPT1 虽然活性较低，但在神经元线粒体中浓度较高，有趣的是，CPT2 缺乏会导致大脑功能缺陷，这表明脂肪酸酰基辅酶 A 在线粒体内的转运，对大脑正常功能至关重要。大脑中 sFA 氧化速率较低，还与硫酯酶 7（ACOT7）的高含量和高活性有关，ACOT7 能够水解长链脂肪酸酰基辅酶 A，可能会干扰长链脂肪酸在各种代谢途径中的流动。值得注意的是，ACOT7 缺乏与神经功能缺陷甚至神经退行性变有关。另一种在神经元中表达下调的酶是 3 - 酮酰基辅酶 A 硫解酶，它催化长链 SFAβ - 氧化的最后三步反应，其在神经元线粒体中的活性比在心脏线粒体中低 125 倍。虽然成年神经元中 SFAβ - 氧化相对较低，但在特定条件下，这一代谢途径可能会被激活。当神经元暴露于高浓度 sFAs 时，它们会将其作为代谢燃料，但这会带来代谢弊端，β - 氧化会消耗更多氧气，并产生超氧化物，对神经元内环境稳定产生负面影响。事实上，活性氧物种的增加，被认为是脑老化和神经退行性疾病的关键因素。在存在多种代谢底物以及高能量需求的情况下，已在神经元线粒体中观察到棕榈酰肉碱的氧化，例如在视网膜光感受器中，PA 可通过氧化途径进行代谢。在分化的神经母细胞瘤细胞中，PA 的能量代谢与通过线粒体代谢产生 ATP 相关的胰岛素抵抗发展有关。有趣的是，当培养的海马神经元暴露于高浓度 PA 时，参与脂肪酸代谢和炎症介质的蛋白质表达水平会增加。虽然神经元过氧化物酶体中可能发生少量 β - 氧化，但只有超长链脂肪酸会部分降解为短链脂肪酸，然后在线粒体中完全氧化。值得注意的是，在早期 AD 患者中，过氧化物酶体功能障碍表现为含有磷酸化 Tau 蛋白的神经突中这些细胞器的水平降低。
星形胶质细胞具有通过不同代谢途径代谢 sFAs 的能力。尽管它们能够通过 β - 氧化产生能量，但在高浓度 sFAs 存在的情况下，可能会产生具有神经毒性水平的神经酰胺，这些神经酰胺与神经退行性变有关。相反，星形胶质细胞也具有保护作用，它们可以防止神经元脂质毒性，激活线粒体氧化磷酸化，并抑制神经元中脂滴的积累。然而，富含脂质的反应性星形胶质细胞会刺激神经元中的 sFA 氧化，导致这些细胞发生氧化应激。这些发现表明，暴露于 sFAs 后，星形胶质细胞依赖的氧化代谢丧失，会引发神经元的适应性代谢反应，其特征为脂肪酸氧化、ROS 产生和神经退行性变。
除了作为能量来源，PA 在神经元中还参与多种生理过程。包括在大脑可塑性事件中用于膜重塑的脂质合成；通过棕榈酰化修饰蛋白质，调节蛋白质的稳定性、运输、内吞和再循环；以及生成神经酰胺，神经酰胺作为生物活性分子，在神经元的发育、死亡和衰老过程中起关键调节作用。
饱和脂肪酸与阿尔茨海默病
AD 的代谢风险因素包括糖尿病、中年肥胖、血压升高和缺乏身体活动等。异常脂质代谢被广泛认为是导致病理性脑老化和神经退行性变的关键因素。值得注意的是，在整个衰老过程和 AD 早期，包括神经元在内的各种脑细胞中都存在脂滴，这表明细胞启动了一种应对机制，以减轻暴露于 sFAs 所带来的毒性影响。这些脂质可以从高循环水平进入神经元和神经胶质细胞。有趣的是，全基因组关联研究发现，散发性 AD 患者中多个脂质转运和代谢基因存在多态性。在一项瑞典双胞胎研究中观察到，中年超重和肥胖会增加晚年患痴呆的风险，且与糖尿病或血管疾病的存在无关，这表明环境和遗传因素都与代谢脂质处理的改变有关。最近的一项流行病学研究显示，循环中的饱和长链脂肪酸能够预测轻度认知障碍参与者患 AD 的风险。多项使用实验模型的研究也揭示了高脂质浓度暴露与 AD 标志性特征表达之间的关系。例如，给 C57BL/6 小鼠喂食 HFD 22 周后，观察到其记忆能力下降，同时伴有自噬减少、突触功能障碍和 Tau 蛋白磷酸化水平升高。在 3xTg - AD 小鼠中，HFD 会加剧淀粉样蛋白和 Tau 蛋白病理，凸显了饱和脂肪暴露对认知能力下降以及 Tau 蛋白 PTMs 的潜在影响。最近有报道称，衰老与血清棕榈酰肉碱水平升高密切相关，而棕榈酰肉碱会诱导神经元细胞中 Tau 蛋白磷酸化和线粒体功能障碍。
尽管越来越多的研究表明，高浓度 sFAs 暴露可能通过多种生物学途径导致神经元损伤，但这些关联背后的精确机制，尤其是那些影响 AD 相关标志性特征表达的机制，似乎是多因素且复杂的。以下将讨论一些可能受 PA 代谢影响的信号通路。
PA 代谢与可能影响 Tau 蛋白磷酸化的细胞信号通路
尽管目前尚不清楚 Tau 蛋白发生修饰并积累为不溶性物质的具体情况，但有证据表明，神经元代谢途径的失衡可能导致 Tau 蛋白的变化。许多研究探讨了 sFA 代谢对维持大脑内环境稳定至关重要的不同细胞信号通路的影响。在食用 HFD 仅 3 天后，参与代谢（28%）、信号传导（2%）和细胞应激（12%）的不同细胞通路就会受到影响。在神经元中，PA 直接改变的一条信号通路是胰岛素 / PI3K/Akt 通路。虽然关于 PA 对大脑胰岛素抵抗影响的研究，大多来自对下丘脑神经元的研究，但对其他神经元细胞模型的分析也表明，PA 会削弱胰岛素信号传导。胰岛素抵抗会通过胰岛素依赖的非典型激酶 PKC - λ/ι 激活，导致 β - 分泌酶活性增加<
