Contents
要旨
はじめに
高リン酸化・凝集したタウタンパク質は、タウ症として知られる神経変性疾患の主要な特徴である。タウは微小管結合タンパク質であり、微小管の組み立てと安定化、適切な軸索輸送、神経細胞全体の完全性に重要な役割を果たしている。しかし、タウ症では、タウは翻訳後に異常な修飾を受け、正常な機能に根本的な影響を与える。このような壊滅的な疾患の病因は明らかにされておらず、治療法もない。
対象領域
この総説では、タウの神経生物学、タウの翻訳後修飾、タウの病態生理について検討している。また、前臨床試験における新規タウ標的治療戦略の同定と評価に向けた取り組みの進捗状況についても論じている。1995年から 2020年までに発表された関連文献をPubMedで検索した。
専門家の意見。
タウの多様性とタウ症の診断・同定のための臨床的に利用可能な検査がないことが大きな障害となっており、臨床試験が成功しない原因となっている可能性がある。しかし，PETタウイメージングとタウ神経生物学の進歩を考えると，より個別化されたアプローチが可能になる可能性があり，これがタウ病理の不均一性に対処する鍵となると考えられる。
キーワード アルツハイマー病、タウ症、トランスジェニックマウスモデル、タウタンパク質、タウリン酸化、タウアセチル化、タウ免疫療法、タウ療法
記事のハイライト
・臨床的には、病理学的に異常なタウタンパク質とタウ凝集体の異常蓄積によって特徴づけられる神経変性疾患の一群であり、病理学的には、病理学的な場所や分布に依存して、認知障害や人格の変化などの様々な症状が存在することが特徴である。
・タウは、その機能や細胞内局在を調節する多くの翻訳後修飾を受けている。疾患状態では、タウは翻訳後修飾を受け、その正常な機能を阻害し、タウの凝集と毒性を促進し、最終的には神経変性に至る。
・病理的に修飾されたタウのアイソフォームは、治療のターゲットとなる可能性を秘めている。
・アミロイドβを標的とした治療法はアルツハイマー病の臨床試験では何度も失敗しており、タウはアミロイドβよりも認知機能障害との相関性が高いことが示されている。
・最も有望な治療戦略は、タウの減少とタウ免疫療法である。
1.0 はじめに
タウは神経細胞で優勢に発現する微小管関連タンパク質（MAP）で、核、細胞質、細胞膜、軸索、樹状突起、シナプスなどのいくつかの細胞区画に存在する [1]。タウは通常、微小管の重合と安定性を促進し、ミトコンドリア、脂質、シナプス小胞、タンパク質、その他の小器官の軸索輸送にも重要である[1,2]。タウは自然に展開されたタンパク質として存在し、その機能と細胞内局在性を調節する多くの翻訳後修飾を受けている。このような柔軟な状態は、タウが多くのパートナーと結合するために必要な異なる構造を採用することを可能にし、多くのシグナル伝達経路に関与していることを示唆している[3]。
しかし、病理学的条件下では、異常な翻訳後修飾は正常なタウの機能を阻害し、重合、線溶化、最終的には凝集を促進し、神経変性を引き起こす[1]。
病的なタウの細胞内凝集は、タウ症と呼ばれる神経変性疾患のグループの特徴であり、高齢者の認知症の最も一般的な形態であるアルツハイマー病（ADピック病（PiDパーキンソン病を伴う前頭側頭型認知症17（FTDP-17進行性核上性麻痺（PSP皮質馬場変性症（CBD）などが含まれている[1]。タウをコードするMAPT遺伝子（特にFTDP-17）に同定されたいくつかの変異を除いて、タウの凝集および神経変性に至るメカニズムは明らかにされておらず、これらの疾患を治癒または進行を食い止める治療法は存在しない。加齢とともにこれらの疾患が増加していることを考えると、今日、ADと関連するタウ症は米国の医療制度にとって大きな経済的負担となっている。
タウ病変の程度は認知症や記憶喪失と強い相関があるため[4]、効果的なタウ修飾療法の探索は、これらの神経疾患を治療するための最良のアプローチであると考えられる。本レビューでは、タウの神経生物学、タウの翻訳後修飾、タウの病態生理に関する現在の知見をまとめ、前臨床研究における新規タウ標的治療戦略の同定と評価に向けた取り組みの進捗状況とその課題について議論する。この目標を達成するために,1995年から 2020年までに発表された関連論文のPubMed上での文献検索を行った。
2.0 タウタンパク質
ヒトでは、タウは17番染色体上に位置するMAPT遺伝子によってコードされている。エクソン2,3,10の代替スプライシングにより,6つの脳内アイソフォームが生成される（図1参照）。エクソン2とエクソン3の包含または排除は,0,1または2個のアミノ末端インサート（0N,1Nおよび2N）の存在によって異なるタウのアイソフォームを生成する。エクソン10は第2のタウ微小管結合ドメインをコードしており、したがって、エクソン10を含むか含まないかによって,4または3の微小管結合リピート（4R-タウおよび3R-タウと呼ばれる）が存在することになる。最近の研究では,4R-tauアイソフォームは3R-tauアイソフォームよりも効率的に微小管の集合を促進し、より大きな微小管結合親和性を有するが、凝集しやすいことが示されている[5]。3R-tauと4R-tauはヒトの成人脳に同量存在している。しかし、様々なタウ症で3R/4R比のアンバランスが観察されている[2, 6]。
タウは微小管関連タンパク質として、微小管の集合、構造安定性、ダイナミクスに重要な役割を果たしている。さらに、微小管とアクチンマイクロフィラメントに結合することで、タウは軸索輸送、シナプスの完全性と活性を制御している[7]。タウの核内局在機能に加えて、DNAの完全性の維持、RNAやリボソームの安定性、神経細胞の活動や神経新生の制御など、タウの新しい機能が最近の報告で明らかにされている[8, 9]。
病的状態では、タウはまた、健康なニューロンや死にかけているニューロンによって細胞外空間に放出され、中枢神経系の間質液やアルツハイマー病患者の脳脊髄液（脳脊髄液）中に有意なレベルで発見されている[3]。ニューロン間での病原性タウの移動は、主にシナプス間で起こるようである。例えば、野生型やトランスジェニック動物のADモデルでは、タウの拡散が広く示されているが、このようなモデルでは、神経細胞間でのタウの移動は、主にシナプスを介して起こると考えられている。
とそれに関連するタウ症の研究が行われている。これらの研究では、合成タウフィブリルまたはヒト脳由来の病理学的タウを頭蓋内に注入すると、元の注入部位からはるかに離れた神経解剖学的に接続された脳領域に到達した [10]。細胞間のタウ伝達仮説を支持する強力なデータはあるが、現在のところ、タウの拡散のメカニズムは完全には解明されていない。考えられるメカニズムの一つはエクソソームが関与していると考えられている。これらの細胞外小胞は,5は形質膜との融合時に放出され [11] 、いくつかの研究では、この経路を介したタウの分泌が試験管内試験および生体内試験で報告されている[12, 13]。実際、アルツハイマー病患者では、脳脊髄液からのタウ [14] と血液からのタウ [15] はエキソソソームと関連していることが判明している。代替的に提案されている分泌メカニズムは、シャペロン複合体[16]、またはRab GTPasesファミリー（Rab7aとRab1a）[17]のメンバーが関与している。一方、タウの取り込み機構としては、クラスリン媒介エンドサイトーシス、マイクロピノサイトーシス、直接膜融合などが考えられている [10]。
3.0 タウの翻訳後修飾
生理的条件下では、タウはいくつかの翻訳後修飾を受け、その機能、代謝、クリアランスに大きな影響を与える。
3.1 タウのリン酸化
タウタンパク質の翻訳後修飾の最も一般的な形態はリン酸化である。
リン酸化および脱リン酸化は、タンパク質表面の特定の部位で起こる可逆的なプロセスである。リン酸化はキナーゼと呼ばれる酵素によってセリンやチロシン（リン酸受容性アミノ酸）にリン酸基が付加されることを指し、脱リン酸化はホスファターゼと呼ばれる酵素によってそのリン酸基が除去されることを指する。アデノシン三リン酸（ATP）とグアノシン三リン酸（GTP）は、リン酸基を供給する共通のエネルギー供与体である。これら2つのプロセスの正味の活性は、基質のリン酸化状態と機能を決定する[18]。タウは、合計85の潜在的なリン酸化部位を持つプロリン残基とリジン残基の含有量が非常に高いことが特徴である。正常な状態では、タウ1モルあたり平均2-3モルのリン酸塩が存在するが、タウ症ではこの比率は7-8まで増加する[19]。いくつかの研究により、微小管に対するタウの親和性は、そのリン酸化状態によって、特にタウリピート領域に見られるS262、S293、S324およびS356でのリン酸化によって影響を受けることが示されている[20, 21]。このようにリン酸化が高いレベルで存在すると、タウは微小管から剥離して細胞質に蓄積し、自己凝集、重合、仕分けミス、軸索から末端や樹状突起への輸送の変化などの可能性を高め、最終的には神経毒性を引き起こすことになる[22]。しかし、すべてのタウリン酸化部位が同じように凝集しやすいわけではなく、特定のパターンのリン酸化が6はタウの自己組織化を誘導する[23]。例えば、組換えERKキナーゼ（15部位）によって誘導されるタウの過剰リン酸化は、pSer202/pThr205残基のリン酸化と同様に、Ser262残基のリン酸化がない状態でのpSer202/pThr205残基のリン酸化は、野生型と比較して、試験管内試験凝集に対するタウの感受性に影響を与えない[24]。
一方、Ser202/Thr205/Ser208残基でのリン酸化とSer262残基でのリン酸化の非存在下でのリン酸化の組み合わせは、タウフィラメントの形成を促進する[24]。
これまでに、サイクリン依存性キナーゼ5（CDK5CDK2、GSK3β、マイトジェン活性化プロテインキナーゼp38（p38 MAPKERK、JUN N末端キナーゼ（JNKCa2+/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（CaMKIIAKT、PKA、PKCなど、タウリン酸化に関与するいくつかのキナーゼを同定していた。一方、タウプロテインホスファターゼとしては、プロテインホスファターゼ2A（PP2APP2B、PP2C、PP3、PP5などが挙げられる[25]。PP2Aは主要なホスファターゼと考えられており、AD脳では健常対照と比較して50%減少することが報告されている[9]。
3.2 タウアセチル化
タウのリジン残基は、正常な脳と比較して、ADやタウ症患者の脳でも高度にアセチル化されていることが発見されている[26]。ヒストンアセチルトランスフェラーゼp300（p300 HAT）とcAMP応答性エレメント結合タンパク質（CREB）結合タンパク質が、タウのアセチル化を促進する主要な酵素であるようである。代わりに、サーチュイン1（SIRT1）とヒストン脱アセチル化酵素6（HDAC6）がタウを脱アセチル化する。リジンK174とK280のアセチル化は、AD病理学的カスケードの初期イベントであり、ユビキチン結合の阻害を通じてタウクリアランスに影響を与えることでタウ病理に寄与する[27]。したがって、このプロセスの制御異常は、タウ凝集、タウの誤ソート、およびニューロン可塑性の変化と関連している。最近では、Lys174（K174）でのアセチル化もまた、タウ症のマウスモデルにおいて、タウのホメオスタシスと認知障害において重要な役割を果たすことが示されている[28, 29]。
3.3 タウタンパク質分解開裂
数多くの研究では、タウはまた、ADおよび関連するタウ症（すなわち、CBD、ピック病、FTDおよびPSP）におけるカルパイン、カテプシンおよびいくつかのカスパーゼを含む異なるプロテアーゼの基質となりうることが示されている。
リン酸化と同様に、タウのトランケーションは、その生物学的機能を阻害し、タウのコンフォメーション変化とそれに続く凝集を促進する。この概念を支持する研究では、タウ切断産物の豊富さと認知能力との間に逆相関があることが示されている[30]。具体的には、Asp421ではカスパーゼ3と6、Asp314ではカスパーゼ2、Asp402とAsp13では7
カスパーゼ6 [31-34]。カスパーゼ-3はまた、プロテインキナーゼB（Akt）の切断によって間接的にタウのリン酸化を調節することができ、その結果、GSK3βキナーゼ経路の活性化を調節している。これは、K670 N、M671 Lスウェーデン変異（APPswe）[35]を運ぶヒトAPPを安定的に発現させた神経芽腫（N2A）神経細胞で試験管内試験で実証されただけでなく、生体内試験では、ADの3xTgトランスジェニックマウスモデル[33]で。さらに、グルタミン酸391（E391）でのタウのタンパク質分解的切断は、NFTsの構成要素として、ADの脳でも観察された[36]。この切り捨ての生物学的影響を研究するために、McMillianらは、E391切り捨てられたタウを発現するマウスモデルを生成し、確かに、E391ペプチドは、これらの病理学の発達におけるタウ切り捨て種の関連性を確認するタウ細胞の誤局在化、リン酸化とタウのコンフォメーション変化を促進することを発見した[36]。
3.4 タウのO-GlcNAシル化とN-グリコシル化
上記で報告されている翻訳後修飾に比べて、O-GlcNAcylativeとN-グリコシル化修飾の正確な役割はあまり研究されておらず、完全には理解されていない。しかし、O-GlcNAcyl化は、年齢をマッチさせた健常者と比較してADでは減少することが報告されていることから、タウオパシーに対して保護的であると考えられている[37]。一方、N-グリコシル化はタウのリン酸化と凝集を促進する可能性があり、ADでは増加している[38]。しかし、これらの予備的な観察結果を検証するためには、さらなる研究が必要である。
3.5 タウのクリアランス
タウはプロテアソームとオートファジーの両方のシステムによって分解され、細胞が採用する好ましいメカニズムは、タウの翻訳後修飾の性質とタウ凝集のレベルに依存しているように思われる[39]。可溶性の単量体タウは、E3リガーゼやヒートショックプロテイン（CHIP）のカルボキシ末端と相互作用し、タウのユビキチン化を促進し、その後プロテアソームにタウを標的とする。
一方、いくつかのリン酸化されたタウ、モノユビキチン化されたタウ、カスパーゼ切断されたタウ、およびオリゴオメリックタウは、オートファジー機構によって選択的に分解される。これらの分解系の両方が、病理学的なタウ凝集体の進行性の蓄積を打ち消す上で非常に重要であるという重要な証拠がある[40]。実際、CHIPのアップレギュレーションやプロテアソーム活性化剤による治療は、生体内試験および試験管内試験でタウタンパク質の蓄積を減少させることが示されている[41]。同様に、遺伝的または薬理学的アプローチによるオートファジーの刺激は、試験管内試験およびいくつかのマウス疾患モデルにおいて、総タウおよびリン酸化タウを減少させた[39, 41]。[39, 41].
4.0 神経変性疾患におけるタウ
タウタンパク質の異常なリン酸化とその後の脳内沈着は、タウ症と呼ばれる神経変性疾患の異種グループの主要な特徴である。これらの疾患は、表現型の発現、凝集したタウのアイソフォームとフィラメント構造、病理学的に見られる細胞の種類、および脳の関与する領域で異なっている[3]。タウ症は、タウが優勢な病変であるか、あるいは神経変性過程の中心的な病変であっても、他の病理学的特徴（すなわち、アミロイドβ）と関連しているかどうかによって、原発性（FTDL、PSP、PiDおよびCBD）または二次性（AD、ダウン症）に分類されうる。タウ症はまた、フィラメント中の3R/4Rタウの比率に基づいてグループ化することができる。3Rおよび4Rの混合タウ症は、AD、ダウン症、およびFTDP-17のサブセットである。PiDは3Rタウ症であるが、CBDとPSPはほとんどが4Rタウを含んでいる。タウ症はほとんどが散発性であるが、微小管結合ドメインに局在するいくつかのタウ変異が同定されている（表1）[19]。これらの変異の大部分は、エクソン10のタウ代替スプライシング、つまり3R/4R比に影響を与える。他のミスセンス変異は、タンパク質-タンパク質相互作用および微小管に結合するタウの能力に影響を与える。他の証拠は、重合誘導剤の存在下での広範な変異体（すなわち、R5L、K257T、I260V、G272V、ΔK280、P301L、P301S、G335V、Q336R、V337M、およびR406W）が、試験管内試験でタウフィラメントの形成を促進することを示している[42]。病理的条件下では、異常なタウ修飾はタウの生理機能を妨げるだけでなく、その自己凝集の引き金にもなる。例えば、誘導剤を必要とせずに、切り詰められたタウフラグメント（全長タウの残基297-391に対応）は、試験管内試験でPHF様フィブリルに自己集合することが示されている[43]。
対照的に、タウのリン酸化は、試験管内試験でのタウの凝集には必要ないようである。しかし、最近、この翻訳後修飾が凝集誘導因子として働き、生体内試験での伝播を調節することが示された[44, 45]。実際に、末端から調製された可溶性タウオリゴマーの脱リン酸化は、タウの凝集を誘導し、生体内試験での伝播を調節することが示されている[44, 45]。hTauマウスの脳内にADステージの事前注射を行うと、タウの播種が有意に減少した[45]。
フィブリルおよびNFTの形成に先行する他の毒性種は、タウオリゴマーである。これらの中間形態のタウは、脳内のシナプスを介して伝播し、拡散する可能性がある。神経変性におけるタウの役割に関するいくつかの研究では、タウ症における神経変性およびシナプス障害を引き起こす主な有害物質はNFTではなく、タウオリゴマーであることが示唆されている[46, 47]。
神経障害のこの複雑なグループでは、タウ種の構造とその地域分布もかなり異なることがある。特に、ADでは、タウ病変は主にペアらせん状フィラメント（PHF）とストレートフィラメント（SF）で構成されているが、他のタウ症では、それらは異なる分子コンフォーラーによって特徴づけられる [48] この点に関して、最近の報告では、タウフィラメントにおける疾患特異的なひだの存在がさらに検証されている。将来的には、異なる臨床症状、タウの広がりのメカニズム、タウ病変の形態の理解を深めることにつながるかもしれない [48,49] 例えば、ADとPiDではタウは似たような二次構造を採用しているが、後者ではフィラメントはSer262/356でのリン酸化とは無関係に新しい折り目を仮定しており、対照的にADでは一貫して観察されている [48]。さらに、ADでは、タウの病理は神経細胞に限定されており、タウはそのオリゴマー形態とNFTとして見られる。PiDは、ピック体と呼ばれるタウの直線フィラメントと球状のオリゴデンドログリア介在物からなる、丸みを帯びた細胞質の神経細胞介在物の存在によって特徴づけられる。PSPとCBDでは、神経細胞やグリア細胞だけでなく、アストロサイト（それぞれタフテッドアストロサイトとアストロサイトプラーク）にもタウの蓄積が見られる（表1）[19]。
5.0 治療標的としてのタウ
タウ症の主要な推進因子であるタウタンパク質は、これらの疾患の治療のための選択のターゲットとなっている。さらに近年、βアミロイドを標的とした多くの有望な薬剤候補が臨床試験に失敗しており、アルツハイマー病患者に対しても効果的な疾患修飾療法の必要性が満たされていないのが現状です[50]。この事実は、アルツハイマー病患者ではアミロイド病理よりもタウ病理の方が認知機能障害との相関性が高いという観察と相まって、選択すべきターゲットとしてのタウ蛋白質の治療的役割を強調している[4]。この点に関して、最近La Joieらは、アミロイドβPETではなく、タウPETを用いて、アルツハイマー病患者の脳萎縮と変性の位置と程度を平均15ヶ月前に40%以上の精度で予測できることを報告した[51]。この知見は、これらの病態の主要な推進因子としてのタウの役割を確認するだけでなく、ADにおいても神経変性過程を遅らせるための治療標的としてのタウをさらに支持するものである。タウの合成、翻訳後修飾、自己凝集、クリアランスなど、タウの生物学のあらゆる段階が治療的介入のターゲットとなり得る（図2）。この研究分野では、動物モデルは、タウの生理学を理解し,10の原因となる多様な病理学的タウ種の生成に関与するメカニズムの複雑さを解明するための有益なツールとなっている
神経変性時の神経細胞毒性 野生型または変異ヒトタウを発現させたタウトランスジェニックマウスは、前臨床の段階で多くのタウ関連の標的を検証するために使用されてきた。
タウトランスジェニックマウスのほとんどは、P301L [52]またはP301S MAPT変異[53]のいずれかのキャリアである（それぞれrTg-tauP301L-4510マウスおよびPS19マウス）。これらの変異は主にFTDP-17患者に見られ、ヒトで観察されるグリアおよび神経原線維のもつれの進行性の蓄積を再現している[42]。しかし、これらのモデルは、タウの変異がまだ発見されていない、あるいは関連していないタウ症という点では、ADとの関連性は低い。
最近、ADで発見されたPHFコアタウフラグメントに対応する切り詰められたタウタンパク質（296-390）を発現する新規マウスモデルが開発された[54]。興味深いことに、このモデルは病原性タウ突然変異を持つ他のモデルと比較して弱いタウ表現型を示すが、AD Braak病期分類に類似したタウ病理学の年齢依存性の広がりの証拠を提示するという利点がある[54]。
これらのモデルに関するもう一つの懸念は、ヒトとマウスのタウの違いである。ヒトの脳は両方を持っているのに対し、成体マウスは4Rタウのアイソフォームのみを発現しているという事実はよく知られている[55]。この目的のために、内因性マウスタウの非存在下で野生型ヒトタウのすべての6つのアイソフォームを発現するhTauと呼ばれるトランスジェニックマウスモデルは、より良い古典的なADタウ神経病理学[56]の開発に似せるために生成された。最近では、AD、CBD、またはPSP患者の脳から単離されたタウ線維を野生型マウスの海馬に注入すると、古典的なタウ神経病理学の発症につながることが示されている。興味深いことに、CBDとPSPからのタウフィブリルはグリア細胞にのみ影響を及ぼすのに対し、ADのタウフィブリルはニューロンに限局していた [57]。したがって、このモデルは、神経疾患において異なるタウ種がどのように伝播するかを理解する上で非常に有用であり、タウ種を特異的に標的とする適切な治療戦略の設計を促進することができると考えられる。
近年、細胞を用いたハイスループットスクリーニングは、新規分子医薬品を試験し、同定するための優れた手段として登場している。しかし、この方法は大量の細胞を必要とするため、従来は神経系の不死化細胞や非神経系細胞（すなわち、HEK細胞）を用いていた。
一方、初代ニューロンの使用は、より生理学的ではあるが、規模に関しては同じ制限があり、ヒトとげっ歯類の細胞は試験管内試験アッセイで異なる挙動を示す可能性があるという付加的な事実がある。ヒト誘導多能性幹細胞（iPSCs）技術の出現は、この分野で新たな可能性を開いた。
ヒトの状態に関連している[58]。多くの研究者は、APPまたはPS1/2のいずれかに変異を有するアルツハイマー病患者の線維芽細胞から生成されたiPSCsを使用している[59]。これまでの研究では、これらのiPSCから得られた神経細胞や神経前駆細胞が、病原性Aβ42オリゴマーとAβ40オリゴマーの比率の増加や高リン酸化タウなど、ADの病原性表現型を再現していることが実証されている[60, 61]。その中でも特に、異なる患者や同一患者由来のクローン間での遺伝的差異や、分化した細胞は機能的に未熟であることが多く[62]、幹細胞由来の神経細胞から生成されたタウは胎児状態（すなわち3R0N）のままであるため、発症後期の疾患をモデル化することができないことなどが挙げられる。しかし、P301Lのような4R含有タウ変異を発現する細胞は、タウのリン酸化と蓄積の増加を示し、最も重要なことに、この表現型は薬理学的アプローチによって調節することができる[63]。
5.1 微小管安定化剤
微小管の不安定性と破壊は、タウ症の動物モデルやタウ症患者の脳で観察されている[64]。重要な微小管結合タンパク質であるタウの機能不全は、微小管の完全性の低下と軸索損傷につながることは直感的に理解できる。したがって、微小管安定化剤は有益であり、これらの疾患の有効な治療戦略となり得る。抗真菌剤であるエポシロンDは、いくつかのタウモデルにおいて、タウ病変の軽減、微小管機能の回復、認知機能の改善に成功した[65-66]。同様に、微小管を安定化させるペプチドDavunetide (NAD)は、タウ遺伝子導入マウスの病理、記憶障害、軸索輸送を改善した[67, 68]。
5.2 タウのリン酸化阻害
タウ症は異種疾患であるが、先に述べたようにタウの機能に深く影響を及ぼすタウの高リン酸化は、すべての疾患で最も一般的なイベントの一つである。このような理由から、タウの翻訳後修飾を標的とすることが最も明白な治療法であると考えられている。
タウリン酸化の調節は、キナーゼの阻害またはPP2Aのようなホスファターゼの活性化のいずれかによって達成され得る。いくつかのGSK3β阻害剤が発見され、前臨床段階で試験されている[64]。特異的で不可逆的なGSK3β阻害薬であるチデグルシブは、APPsw-tauvlwマウスにおいてタウリン酸化、記憶障害、アストロサイトーシスを減少させることが証明されている[69]。また,3xTgマウスをリチウム12塩化物は、双極性障害の治療薬としてFDAに承認されているが、リン酸化タウ濃度の低下、Aβ、記憶力の改善を示した[70]。
GSK3β以外にも、サイクリン依存性キナーゼ（CDK）のメンバーであるCDK5の阻害は、皮質神経細胞におけるタウのリン酸化とアポトーシスを減少させることが知られている[71]。さらに、強力な炎症性メディエーターを産生する酵素である 5-リポキシゲナーゼ（5LO）は、AD 患者の脳で上昇しており、CDK-5 キナーゼ経路の活性化によりタウのリン酸化に影響を与えることが示されている。
この発見を受けて、私たちのグループは,5LO の阻害またはノックアウトにより、CDK5 依存性のタウのリン酸化が抑制されることを、試験管内試験 および 生体内試験 のいくつかの AD モデル（3xTg）およびタウ症モデル（P301S マウスおよび hTau マウス）で広範囲に実証していた。対照的に、我々はまた,5LO の過剰発現により、CDK5 キナーゼ経路のレベルと活性が増加すると、タウのリン酸化が亢進することも示している。これらのデータは、CDK5を調節することによって5LOを薬理学的に阻害することでタウの高リン酸化を減少させ、それゆえヒトタウ症の治療に有効な治療戦略となりうるという新しい仮説を支持している[72]。
もう一つの可能性のある治療標的はPP2Aであり、健康な対照群と比較してアルツハイマー病患者の脳内で減少することが知られている主要なタウホスファターゼである。ホスファターゼ修飾剤として、亜セレン酸ナトリウムは、酵素の調節性Bサブユニットとの相互作用によりPP2A活性を増加させ、タウトランスジェニックマウスにおいてタウリン酸化を減少させることが示された[73]。また、FDA承認のAD治療薬であるメマンチンも、PP2Aの阻害タンパク質（I2PP2A）の阻害を介してPP2A活性を増強することが報告されている[70]。
5.3 タウのアセチル化阻害
最近の研究で，タウアセチル化はタウのもう一つの重要な翻訳後修飾であり，タウ症の発症の初期イベントであることが示されているため，タウの病態生理のこの側面を阻害する新規薬剤の同定と開発に重点を置いた研究が行われてきた。この目的のために、非ステロイド性抗炎症薬であるサルサレートという分子は、p300 HATの阻害によりLys174でのタウアセチル化を阻害し、タウトランスジェニックマウスを用いて試験を行った。サルサレート処理は、PS19モデルにおいて、総タウ量、タウアセチル化、NFTs形成を有意に減少させ、海馬神経細胞の損失と空間記憶障害を改善した[29]。シクロオキシゲナーゼ阻害薬として、サルサレートの治療効果のいくつかは、そのp300
13
HAT阻害作用を有する。サルサレートは薬物候補として非常に有望であるが、重要なアセチルトランスフェラーゼであるp300に対する潜在的な阻害活性について大きな懸念があるため、この概念は重要である。実際、p300 の阻害は、多くの細胞変化や負の副作用をもたらす可能性がある[28, 64]。
5.4 タウ凝集の阻害
高リン酸化・切断されたタウは、不可逆的な凝集を起こしやすく、微小管の不安定化や神経細胞の損傷を引き起こす可能性がある。したがって、もう一つの有望な治療法は、タウの凝集過程を阻害することである。いくつかの分子がこの病理学的プロセスを阻害することができる。最も一般的なものは、一酸化窒素合成酵素およびグアニル酸シクラーゼ阻害剤として作用するフェノチアジンであるメチレンブルー（MB）である。
[74]. MBはメチルチオニウム(MT)の塩化物塩であり、環境条件に応じて還元型ロイコメチルチオニウム(LMT)と酸化型(MT+)の間で平衡状態で存在する[75]。LMTおよびMBは、試験管内試験および生体内試験でタウのフィブリル化を防止し、タウ凝集体を減少させることが示されている[76-79]。予防研究において、MBはいくつかのタウトランスジェニックマウスモデルにおいて、タウ病理および記憶機能障害を減少させるのに有効であった[76-79]。残念ながら、臨床試験では、MBはその複雑で吸収が限られているためか、わずかな効果しか示されなかった[75]。そのため、新世代のタウタンパク質凝集阻害剤（LMTX）が開発され、脳への取り込みが改善されている[80]。LMTXを研究している臨床試験では、疾患の進行率および脳萎縮の点で有望な結果が得られている。クルクマ植物からの天然抽出物であるクルクミンもまた、βシートに結合し、タウの凝集を抑制することができる。興味深いことに、この化合物を3xTgマウスに投与したところ、タウの病理と記憶障害が改善された[81]。
5.5 タウのクリアランス
過去数年、いくつかの研究で、脳内に有意なオートファジーの欠陥が存在することが明らかになっている
ADと関連するタウ症の オートファゴソームとリソソームの蓄積はヒトの脳の切片で明らかであり、病理学的なタウ蓄積と関連している[82]。オートファジーは、高リン酸化、切り捨て、オリゴマー化したタウが分解される好ましいメカニズムである[39]。この証拠に基づき、オートファジー-リソソーム系の効率を高めることは、有害な形態のタウのクリアランスを有意に改善し、神経細胞の健康とシナプス機能の改善につながる可能性がある。
試験管内試験および生体内試験での薬理学的研究により、この仮説が確認されている。タウ症動物モデルでは,143xTgマウスとP301Sマウスは、オートファジー誘導剤（トレハロース）やラパマイシンのようなmTOR阻害剤の両方を摂取すると、リン酸化された不溶性のタウの蓄積が減少し、神経細胞の生存率が向上し、認知機能が改善されることが示された[83,84]。
この点に関して、我々は最近、エキストラバージンオリーブオイルの摂取が、細胞のオートファジーの活性化の結果として,3xTgマウスの記憶力、認知障害、タウの病理を改善することを示した[85]。[85]. さらに、タウのクリアランスにおけるオートファジー機構が果たす重要な役割の裏付けとして、我々はこの細胞機構が12/15リポキシゲナーゼ酵素の薬理学的阻害によっても刺激されることを実証した[86]。したがって、この酵素経路の薬理学的遮断または遺伝子的ダウンレギュレーションは、ヒトタウ（hTau）を一過性にトランスフェクトした神経芽腫N2A細胞および3xTgマウスの生体内試験での総タウレベルおよびリン酸化に影響を与えるのに十分である。逆に,12/15リポキシゲナーゼの過剰発現は、オートファジーフラックスのダウンレギュレーションを介してAD表現型を悪化させる [86, 87]。
タウクリアランスを強化することを目的とした追加の魅力的な治療戦略は、ユビキチン-プロテアソーム機械系を標的としたものである。重度の翻訳後修飾を受け、そのオリゴマー形態で蓄積される前に、タウはプロテアソームシステムによる分解を受ける。ユビキチンリガーゼであるCHIPは、シャペロンであるヒートショックプロテイン90（Hsp90）とともに、タウの分解において重要な役割を果たしている。ヒトP301L 4Rタウ変異を過剰発現させたマウスモデルでは、CHIPの減少は毒性のあるタウの蓄積を増加させた[40]。Hsp90は誤って折り畳まれたタウと複合体を形成し、そのレベルは可溶性およびタウのオリオゴマーに反比例している[88]。このシャペロンの阻害剤は、細胞が有毒なタウを除去するのを助け、タウ症の治療のための有望な薬剤候補となる。したがって、最近の論文では、脳透過性Hsp90阻害剤（PU-DZ8）が、TauP301Lトランスジェニックマウスモデルにおいて、タウの発現とリン酸化を減少させたことが示されている[89]。
5.6 タウの発現を抑制
Robersonらは、アミロイド病理のAPPマウスモデルにおける内因性タウタンパク質の単純な減少は、Aβの代謝と沈着に影響を与えることなく記憶機能の改善を促進するのに十分であることを報告した最初の一人であった[90]。この最初の観察の後、いくつかの研究で、タウ低下アプローチがADの動物モデルにおいて実行可能な治療法であることが確認されている。タウの抑制 15は,4R変異p301Lタウを発現する純粋なタウ症マウスモデルであるTg4510においても有益であり、このアプローチの結果、記憶と神経細胞の喪失が回復した[91]。
近年、ヒトのタウmRNAを選択的に標的にして分解または翻訳を阻害するアンチセンス短鎖一本鎖オリゴヌクレオチド（ASO）が開発されている。ASOの有効性はPS19マウスモデルで試験されている。このモデルでは、ASOの脳室内投与により、ヒトおよびリン酸化AT8タウの減少、神経炎症、神経細胞の喪失の防止、記憶力の回復、生後6ヶ月および9ヶ月の生存率の改善がみられた[92]。しかし、この研究での重要な観察は、ASOが若い年齢だけでなく、退行過程が確立された後の遅い時点でも病態の進行を食い止めることができることが証明されたことである。この事実は、これらの疾患の診断は通常、疾患の後の段階で行われるため、治療効果の面で重要な意味を持つ可能性がある。主な関心事の一つは、これらの前臨床データをどのようにしてヒトに翻訳するかということである。これらのトランスジェニックマウスは高レベルのタウタンパク質を発現するように開発されているため、観察された効果は、例えば、MAPT変異を持たないADやタウ症患者では観察されない、人為的に高レベルのタウの発現を抑制した結果である可能性がある。
マイクロRNA（miRNA）は、転写後のレベルで遺伝子発現を制御する小さなノンコーディング一本鎖RNA分子である。miRNAはRNAポリメラーゼIIおよびIIIによって転写され、一次miRNA（pri-miRNA）の一連の切断によって生成され、成熟miRNAを形成する。これらの成熟miRNAは、標的mRNAの3’UTRに結合することで機能を発揮し、その切断とその後の分解、または翻訳の阻害により、そのサイレンシングを促進する [93] 。
細胞機能調節因子のこの非常に大きなファミリーの1つのメンバーであるmiRNA-132/212は、ASOへの重要な代替アプローチを代表する可能性がある。miR132/212はタウのmRNAを直接標的とし、その発現を減少させる。興味深いことに、miR132/212は、ADの脳およびPSP患者ではダウンレギュレーションされている[94]。
セブ miR132/212の欠失は、試験管内試験および3xTgマウスにおいて、異常なタウ代謝と病理学的凝集を促進することが、これまでの研究で示されている[95]。一方、miR-132のアップレギュレーションは、全タウおよび翻訳後修飾されたタウのレベル、その切断および放出を減少させ、試験管内試験およびP301Sタウトランスジェニックマウスでの長期増強を促進することが示されている[96]。
5.7 タウの免疫化
近年、タウ免疫療法は驚くべき進歩を遂げており、前臨床データに基づき、能動的免疫と受動的免疫の両方で有望な結果が示されている。現在、このアプローチを実施するいくつかの臨床試験が、ADおよび関連するタウ症を対象に実施されている[97]。重要なことに、抗タウモノクローナル抗体は、おそらくクラスリン媒介のエンドサイトーシスを介して神経細胞に入り、細胞外および細胞内のタウを除去し、タウの拡散をブロックする可能性があることが証明されている[98]。安全性についてはいくつかの懸念があるが、積極的な免疫化は、さまざまなタウ症モデルにおいてタウ病理を減少させることに成功している。ホスホ・タウを標的とした免疫療法は、P301Lマウスにおいて凝集したタウの程度を減少させ、認知障害の進行を抑制した[99]。同様に、ホスホ-Ser422エピトープを含むペプチドでの積極的な免疫化は、THYTau22マウスモデルにおいて、タウの病理を減少させ、認知機能を改善する[100]。フィブリラーPHF-tauによるワクチン接種は、古いタウトランスジェニックマウスのサルコシル可溶性タウとNFTsの脳レベルを低下させる[101]。最後に、野生型ヒトタウの免疫化は、rTg4510タウマウスのタウ病理と神経炎症を減少させた[102]。
免疫学的副作用のリスクについて安全性の懸念があるため、最近の研究では、より特異性の高い受動的免疫化に焦点が当てられている。ホスホタウ、野生型タウ、変異タウ、凝集タウに対する様々な抗体が開発され、複数の試験管内試験および生体内試験タウ症モデルで試験されている[70, 103]。例えば、タウの中間領域（アミノ酸235-250）に対して開発された抗体（D）は、ADとPSPの両方の凝集細胞モデルにおいて、効果的にタウの播種を中和した[104]。その後、同じ抗体を、AD様NFTを発症するヒト1N4Rタウ変異体（P301SとG272V）を過剰発現するトランスジェニックマウスモデル（Tgtau30マウス）でも生体内試験で試験した[105]。抗体Dによる受動免疫は、タウの播種をブロックする効果を確認し、AD脳由来のヒトタウを注射したこれらの動物におけるNFtsの形成を阻止した[106]。もう一つの有望なタウオリゴマー特異的モノクローナル抗体（TOMA）は、AD脳由来のヒトタウを注射した動物にNFtsの形成を抑制することが確認されている。
JNPL3マウスモデル（ヒト変異タウ導入遺伝子P301Lを発現する）では、静脈内および/または脳室内投与により運動障害および記憶障害が逆転し、リン酸化されたタウおよびモノマー化されたタウには影響を与えずにタウオリゴマーの急速な減少が誘導された [107]。代わりに、タウの異なる領域（N末端および中間領域）に対する7種類の抗体を用いた試験がNobuharaらによって行われた。
は、エピトープに依存した有効性を明らかにしており、タウの中間領域（6C5およびHT7）に対する抗体は、試験管内試験でのタウの神経細胞への取り込みをブロックするのに最も成功していた[108]。この17
研究では、AD、PSPおよびLBD患者の脳脊髄液における質量分析によるタウの定量は、N末端およびC末端ドメインを持つペプチドと比較して、すべてのタウアイソフォームの間で1N/3Rの豊富さとタウ中間ドメインからのペプチドの有病率を明らかにした[109,110]上記の知見の合理性を提供する。
細胞外タウは完全長型[111]と切断型[112]の両方で存在しており、どの種がタウの播種と拡散に関与しているのかはまだ議論の余地がある。前臨床段階では、いくつかの抗体が治療戦略としての可能性を示しており、特にタウの中間領域を標的とした抗体はその可能性を示している。しかし、多種多様なタウ種が存在し、タウの種子の複雑な分子構造や、異なるタウ症間でのタウの蓄積の程度が異なることから、これらの抗体の設計やその有効性の予測は困難なものとなっている。
6.0 結論
結論として、現在、ADおよび関連するタウ症の治療のために、前臨床および臨床段階で評価されているいくつかのタウを指向した治療法がある。これらの特定の治療法の有効性と安全性には、ヒトへの適用には多くの要因が関与している。実際、動物モデルで得られた有望な結果が臨床では再現されないことも少なくない。トランスジェニックタウマウスは、標的候補の調査および検証において非常に貴重なものであるが、ヒトタウの人為的な高発現、およびこれらの動物における古典的な神経病理を生成するために必要なタウの突然変異の導入についての懸念がある。実際、いくつかの例外を除いて、タウ症は主に散発性の障害であり、例えば、ADではまだタウ変異は同定されていない。さらに、神経疾患のこのクラスの異質な性質は、病態の進行を予防または停止することができる治療法の探索がすでに困難な状況に複雑さを加えている。例えば,1つのアプローチがすべてのタオパチーに適しているとは限らない。したがって、将来的には、患者やタウ症の種類に応じて,3R,4R、またはタウのオリゴマーを特異的に標的とするように設計されたセラパイの組み合わせを使用することで、これらの疾患の病態生理に最も適した治療法となり、最終的にはより効果的な治療法となるかもしれない。
専門家の意見
タウの生物学は複雑であるため、タウリン酸化と凝集の阻害、タウの還元、免疫療法など、タウ症の治療のための多くの潜在的なターゲット候補を提供している。これらの疾患のいくつかの動物モデルを用いた18の前臨床試験では、記憶障害や認知障害の進行を遅らせるという点で、これらの治療法の有効性が一貫して証明されており、タウがこれらの疾患の神経病理学的な主要な推進因子としての役割を果たしていることが確認されている。最近の実験的研究では、タウ免疫療法がAβの存在下でも疾患表現型を打ち消すことに最も成功していることが示されている。しかし、ヒトへの投与では、タウ免疫療法は効果が認められず、多くの疑念を抱かざるを得ないであった。長年の間にタウの病態生理に関する理解はかなり改善されてきたが、タウ症を標的としたより適切な前臨床試験や臨床試験のデザインに向けての努力の方向性を示すためには、他にも多くの重要な疑問に答えなければならない。
例えば、標的とすべきタオパチーの適切な病期とは何か？これは、特定の治療法の成功度だけでなく、どのようなアプローチを採用すべきかにも影響を与える。言い換えれば、ある治療法が後の段階よりも初期の段階の方が適しているかもしれないし、その逆もまた然りである。これは臨床研究のデザインにおいて非常に重要な問題である。このように、効果的な治療アプローチを達成するための重要な障害は、比較的早期にタオパチーを診断し、特異的に特定し、生きている患者の病期を信頼できる方法で測定するための臨床的に利用可能な検査がないことであると私たちは考えている。実際、現在のところ、これらの疾患は死後の検査を受けて初めて確実に診断することができる。現在進行中の研究では、AD、PSP、CBDに関連するタウタンパク質の異常型を検出するための、信頼性が高く感度の高い検査法の開発が試みられている。
さらに、タウ症は、関与する脳領域だけでなく、異なるタウエピトープ、タウフラグメントおよび沈着物の観点からも非常に異質な疾患であり、これらはおそらく病原メカニズムの多様性を反映していると考えられる。この点での知識の欠如は、この分野の大きな弱点であり、現在の臨床試験の成功が限られている理由の一つであると考えられる。毒性タウの構造やタウの種子の性質がわからなければ、病気の原因となる正しいエピトープを標的にしているかどうかを確信することはできない。実際、最近の研究はこの方向に進んでおり、タウ症の間の細胞内および細胞外タウの多様性を正確に調べている。この新しい知見に基づいて、より効果的な免疫療法が利用できるようになることを期待している。将来的には、タウ症のタイプや程度に応じて、それぞれの患者さんに合わせた治療が可能になると期待されている。
我々は、タウの神経生物学の理解を深めることが、抗体の特異性と治療窓の最適化を成功させる鍵であると考えている。それにもかかわらず、臨床試験を促進する可能性のある重要な一歩を踏み出したのは、ADの初期臨床段階にある患者を対象とした最近の小規模な縦断的研究で、タウ-PETイメージングを導入することで,1年前から神経変性の正確な領域を特定したことである。この研究は心強く、各患者さんの予測される脳の萎縮パターンに応じて、神経変性プロセスの進行を特異的に遅らせたり、停止させたりすることができる個別化された治療法の開発という点で重要な意味を持つ可能性がある。