近日，四川大學華西醫院生物治療全國重點實驗室/神經內科雷鵬教授和合作者在一項研究中，闡明了胰腺 β 細胞內 Tau 蛋白在胰島素釋放中的關鍵作用，為二型糖尿病的治療提供了潛在靶點，也為二型糖尿病和阿爾茲海默病的病理關聯找到新交點，並為阿爾茲海默病的早期診斷提供了必要參考。
圖 | 雷鵬（來源：雷鵬）
這項工作也是他和合作者針對阿爾茲海默病關鍵蛋白 Tau 的生理功能的全新探索。在既往研究之中，他們曾率先指出 Tau 功能性缺失在衰老過程中，會對大腦功能產生顯著的影響。
也就是說，該團隊的一系列研究都證明 Tau 在腦內有著重要作用。Tau 蛋白在周身系統中也有表達，但一直沒有受到關注。而雷鵬和合作者在 2017 年的研究成果顯示，Tau 在心臟的缺失會影響心臟功能。
本次發現則證明 Tau 在胰腺的缺失，也會對胰島素分泌造成顯著影響。這些結果提示 Tau 蛋白在全身多器官可能都扮演著重要角色，這拓展了人們對於 Tau 蛋白的認識，也能助力於 Tau 藥物的開發。
同時，本次研究中用到的藥物之一——雙水楊酸酯（Salsalate），已經在美國開始開展阿爾茲海默病和二型糖尿病的臨床研究。
此外，正如論文中提到的，多個已在臨床產生應用的促微管解聚小分子，都有可能應用於血糖控制。
突然消失的分子關聯
據了解，二型糖尿病是由於胰島素相對缺乏或胰島素抵抗，導致血糖水平升高而引起的機體代謝紊亂的疾病。
流行病學研究表明，二型糖尿病病人發生阿爾茲海默病的風險顯著高於非二型糖尿病患者，而患有阿爾茲海默病的病人也常發二型糖尿病。
相比腦內神經元，胰腺中產生胰島素的 β 細胞和前者有著多種共同特徵。比如，β 細胞通過膜去極化釋放胰島素，這與神經元中突觸神經遞質的釋放類似。
因此，二型糖尿病與阿爾茲海默病之間的分子關聯，一直是學界研究的重點，但此前始終沒有被研究清楚。
Tau 蛋白過度磷酸化在神經細胞內形成的神經纖維纏結，是阿爾茲海默病的主要病理特徵之一。
而雷鵬和合作者在二型糖尿病患者的胰腺組織中，也檢測到胰島中 Tau 蛋白的含量與正常人群相比顯著增加，這提示著 Tau 可能介導了二型糖尿病與阿爾茲海默病之間的關聯。
微管相關蛋白 Tau（MAPT，microtubule-associated protein Tau）是一種細胞骨架蛋白，主要定位於神經元的軸突隔室，可能通過延伸微管的不穩定結構域調節微管組裝。
過去十年左右，雷鵬課題組一直圍繞 Tau 在腦內的生理功能開展研究，並針對 Tau 功能性缺失的病理後果展開探討，目前已經取得了多項研究成果 [1]。
由於 Tau 蛋白在外周系統中的作用研究甚少，鑒於他們看到 Tau 在二型糖尿病病人胰島中的表達顯著增加，所以也很好奇它在胰島中特別是 β 細胞中是否有相應的功能，因此開展了這項研究。
雷鵬表示：「這個課題說起來從最開始拿到第一個結果已經將近十年了。」最初，他和合作者首先看到的現象是在 Tau 敲除小鼠中，隨著年齡上升出現了對糖耐試驗的抵禦效果。
這讓他們感到非常驚訝，因為隨著衰老過程的發生，腦中 Tau 的敲除會導致鐵上升，從而引起小鼠大腦出現阿爾茲海默病樣病變和認知障礙。
在合作夥伴的幫助下，他們針對 17 例屍檢樣本的胰腺組織進行免疫組化染色。其中有 8 例來自二型糖尿病患者，有 9 例來自正常對照人群。
通過此，他們確定 Tau 蛋白存在於胰島的 β 細胞中，並與胰島素共定位。而且，二型糖尿病患者的胰腺 Tau 含量發生了顯著增加。
進一步地，課題組在二型糖尿病動物模型 db/db 小鼠中，觀察到了與二型糖尿病患者屍檢一致的病理結果，並且隨著疾病進程 Tau 的升高更加明顯。
圖 | T2DM 患者和模型動物胰腺組織內 Tau 水平顯著升高（來源：Molecular Psychiatry）
為了進一步探索 Tau 在胰島素分泌過程中的作用，他們利用更多的 Tau 敲除動物模型，包括不同年齡、不同遺傳背景的小鼠，並針對果蠅進行研究。
結果發現：在 Tau 敲除之後進行糖耐實驗時，衰老小鼠和果蠅胰島素釋放水平明顯增強、葡萄糖水平降低，這說明 Tau 具有抑制胰腺內胰島素釋放的功能。
同時，他們發現如果利用基因編輯原位降低胰島里的 Tau 蛋白，也能產生類似的結果。
圖 | Tau 抑制增強胰島素釋放（來源：Molecular Psychiatry）
之前，其他課題組的研究發現微管解聚的過程可以促進細胞中胰島素的分泌。考慮到 Tau 具有穩定微管的作用，因此雷鵬等人認為 Tau 降低導致的糖耐抵抗，可能是通過影響 β 細胞里的微管結構發揮作用。
於是，他們先是利用超高解析度顯微鏡，來對細胞和組織里的微管結構進行觀察，利用一系列體外方法對微管的組成和特性進行觀察。
並利用促微管解聚藥物開展了動物實驗，藉此證明 Tau 調控的微管組裝，是調節胰腺內胰島素分泌的關鍵因素。
圖 | 微管解離促進胰島素釋放（來源：Molecular Psychiatry）
同時，考慮到二型糖尿病與阿爾茲海默病的密切聯繫，課題組也考慮了上述發現是否能夠進一步在臨床樣品上進行驗證。
為此，他們探索了血清 Tau 與血糖水平的潛在關聯，結果發現健康人群中血清 Tau 與血糖水平之間存在正相關性，與其在胰島中觀察的調控現象一致。
而在早髮型阿爾茲海默病患者血清中，這一顯著關聯消失了，這提示著阿爾茲海默病的病理過程，可能會影響血液中的血糖水平。
圖 | 血清 Tau 與血糖水平的相關性（來源：Molecular Psychiatry）
最終，憑藉上述實驗結果他們得出了如下結論：胰腺中的 Tau 蛋白能夠強化微管的緻密性，會阻礙被微管緻密結構包裹的胰島素的有效釋放。
而抑制 Tau 蛋白或破壞微管的緻密結構，能夠有效解除微管對胰島素釋放的限制，從而降低血糖水平、干預糖尿病的發生髮展過程。同時，這一過程可能與阿爾茲海默病發生髮展也有關聯。
高人指點，「劍指」腦疾
此外雷鵬坦言：「這項研究其實在投稿過程中間遇到了很多挫折。因為這一現象出乎意料，我們花了很多時間構建多種動物模型來開展驗證。」
期間，也有其他課題組針對一些現象發表了描述性論文，這對他們的創新性也有一定影響。在早期研究中，雷鵬等人比較糾結 Tau 在胰島的功能，而沒有關注其與阿爾茲海默病的直接聯繫。
「後來在與廈門大學許華曦教授交流的過程中，許老師提出應該高度重視與阿爾茲海默病的關聯，尤其是所發現的現象能否與阿爾茲海默病相聯繫。」雷鵬說。
於是，他們收集阿爾茲海默病病人的血液樣品並對其開展檢測，驚訝地發現阿爾茲海默病血樣與對照血樣之間確實存在顯著差異。
「這一結果顯著地提升了論文與腦疾病的相關性，因此當投稿去 Molecular Psychiatry 的時候，編輯很快就決定送外審。非常難過的是，許老師於 2022 年 10 月因病去世，沒有能夠看到論文的順利發表。我們也在論文末尾的 Acknowledgement 里，專門致謝了許老師的建設性意見。」雷鵬說。
另據悉，論文期刊邀請到多位審稿人參與評審，後者提出了很多具體的實驗問題，來幫助課題組完善假說。
對於完善之後的論文，幾位審稿人對於使用多種動物模型、以及使用多種減少 Tau 的實驗方法來驗證假說做法感到非常滿意，其中一位指出「這些現象令人驚訝」。
而對於他們在細胞和動物上開展研究後，又利用病人樣本開展研究這一點，則收穫了另一位審稿人的點贊。其認為這一結果對理解阿爾茲海默病病程中外周病變很有幫助。
總的來講，審稿人既關注結果的創新性，同時也提出多個需要開展的實驗，以幫助完善本次研究的實驗結果。
最終，相關論文以《Tau 抑制微管調節的胰腺胰島素分泌》（Tau suppresses microtubule-regulated pancreatic insulin secretion）為題發表在國際神經精神類重要雜誌 Molecular Psychiatry 上（IF 11）。
四川大學華西醫院生物治療全國重點實驗室雷鵬教授、澳大利亞墨爾本大學的阿什利·布希（Ashley Bush）教授和索非亞諾斯·安德里科普洛斯（Sofianos Andrikopoulos）教授擔任共同通訊作者。
澳大利亞墨爾本大學薩爾瓦多·曼吉亞菲科（Salvatore Mangiafico）博士、中國國家老年疾病臨床醫學研究中心（四川大學華西醫院）庹清章副研究員、以及四川大學華西醫院生物治療國家重點實驗室李小蘭博士是共同一作。
此外，本次研究還得到了四川大學華西醫院生物治療全國重點實驗室董飈教授、何海懷教授、戴倫治教授、神經內科張舒婷研究員的指導 [2]。
圖 | 相關論文（來源：Molecular Psychiatry）
將建立二型糖尿病與阿爾茲海默病的共病隊列
可以看到，雷鵬在華西醫院的同事對本次研究給予了不小的幫助。事實上。雷鵬的博士學位和博士後研究均在澳洲高校完成。
其表示：「當時也考慮留在澳大利亞或者去美國工作，但國內提供了優異的條件，可以很早就獨立開展研究。這一點非常吸引我。」
加入華西醫院之前，他在參觀四川大學華西醫院生物治療全國重點實驗室時，發現在這麼小的地方里彙集了生命科學多個領域的年輕科學家，大家都很積極向上，可以極大擴充知識面和實驗手段。
而實驗室旁邊就是國內科研做得最好的醫院之一，能提供充分的條件把研究與臨床結合起來。
「我想，不管留在澳大利亞或者去美國，這樣的工作條件都是難能可貴的。於是很快就回來了。」他說。
事實證明，在過去的八年里，通過和各位老師的討論合作，通過與臨床醫生的充分交流，給雷鵬團隊的課題帶來了極大幫助。
而由於目前雷鵬等人發現 Tau 蛋白可能介導阿爾茲海默病與二型糖尿病共病，因此亟待進一步展開其具體分子機制的研究，以及進一步探索二型糖尿病後發生阿爾茲海默病是否能夠預警。
一方面，他計劃和臨床醫生合作，建立二型糖尿病與阿爾茲海默病共病隊列，研究疾病在血漿標誌物水平的分子變化和篩選基於這一機制的新的生物標記物。另一方面，則希望從二型糖尿病病變出發，研究其對大腦影響的分子機制。
參考資料：
1.Lei P, et al. Nature Medicine. 2012; Lei P, et al. Molecular Neurodegeneration. 2014; Lei P, et al. Molecular Psychiatry. 2017; Tuo QZ, et al. Molecular Psychiatry. 2017
2.Mangiafico, S.P., Tuo, QZ., Li, XL. et al. Tau suppresses microtubule-regulated pancreatic insulin secretion. Mol Psychiatry (2023). https://doi.org/10.1038/s41380-023-02267-w