Methylenblau, Tau und Amyloid: Warum sich die Mechanismen des Proteinabbaus unterscheiden

Wer fragt, wie Methylenblau die Proteine der Alzheimer-Krankheit beeinflusst, bekommt oft eine einzige selbstsichere Antwort, obwohl drei differenzierte Antworten angebracht wären. Im Reagenzglas stört es die Bindung von Tau an sich selbst. In einem Mausmodell senkt es lösliches Amyloid, während Tau unverändert bleibt. In einem anderen verringert es die Aktivität des Enzyms, das Amyloid überhaupt erst entstehen lässt. Jeder dieser Befunde ist real. Keiner beschreibt das Gesamtbild, und sie treten nicht alle gleichzeitig im selben Tier auf. Dieser Artikel trennt die drei Befunde, damit ein Ergebnis aus einem Experiment nicht länger als Beleg für ein anderes angeführt wird.

Wer einen umfassenderen Überblick darüber sucht, wie Methylenblau innerhalb von Zellen wirkt, sollte dort beginnen. Wer wissen möchte, ob irgendetwas davon Patienten geholfen hat, sollte die klinischen Befunde zur Alzheimer-Krankheit lesen. Dort gehören die Ergebnisse von Studien am Menschen hin. Dieser Artikel wiederholt diese Befunde nicht.

Der Tau-Befund stammt aus Aggregationsassays

Der älteste der drei Forschungsansätze stammt aus zellfreien Untersuchungen an Tau, dem Protein, das neurofibrilläre Bündel bildet. Im Tau-Tau-Bindungsassay lagern sich Tau-Fragmente zu gepaarten helikalen Filamenten zusammen. Phenothiazinfarbstoffe, darunter Methylenblau, blockieren diese Zusammenlagerung bei niedrigen mikromolaren Konzentrationen. Spätere biochemische Arbeiten lieferten dafür eine chemische Erklärung: Der Farbstoff oxidiert Cysteinreste an Tau, stabilisiert dadurch die monomere Form und unterdrückt die Bildung der Fibrillen, die andernfalls wachsen würden. Die berichteten Hemmkonzentrationen für die Tau-Aggregation liegen ungefähr im einstelligen bis niedrigen zweistelligen mikromolaren Bereich. Dieser Bereich ist für alles Folgende relevant.

Entscheidend ist, welche Art von Aussage hier getroffen wird. Sie sagt nichts über die Tau-Produktion, die Tau-Phosphorylierung in einem lebenden Gehirn oder den Tau-Abbau aus. Sie besagt, dass der oxidierte Farbstoff unter definierten Bedingungen im Reagenzglas verhindert, dass sich Tau zusammenlagert. Das ist ein präzises, eng begrenztes und nützliches Ergebnis. Problematisch wird es, wenn daraus die allgemeine Aussage abgeleitet wird, Methylenblau beseitige die Tau-Pathologie. Die Tierdaten stützen diese Version nicht.

Der Proteasom-Befund stammt aus 3xTg-AD-Mäusen und fiel für Amyloid und Tau unterschiedlich aus

Das Experiment mit der deutlichsten Trennung der Endpunkte ist eine 16-wöchige Fütterungsstudie an Mäusen mit drei Alzheimer-Mutationen. Die Tiere erhielten ab einem Alter von sechs Monaten methylenblauhaltiges Futter. Die Forschenden untersuchten gleichzeitig drei Dinge: das Proteasom, die Amyloidspiegel und Tau.

Beim Proteasom zeigte sich eine Veränderung. Die chymotrypsinähnliche Aktivität stieg um ungefähr ein Viertel und die trypsinähnliche Aktivität um ungefähr die Hälfte, während sich die dritte katalytische Aktivität nicht signifikant veränderte. Lösliches Amyloid-beta 40 und 42 nahmen jeweils um ungefähr ein Viertel ab. Die Autoren deuteten dies als verstärkten Abbau und nicht als verringerte Produktion, weil sich das Vorläuferprotein und seine Verarbeitungsfragmente nicht veränderten. Zudem verbesserten sich Lernen und Gedächtnis im Prüfversuch des Wasserlabyrinths.

Dann zeigten sich die Unterschiede zwischen den Endpunkten. Unlösliches Amyloid veränderte sich nicht. Die Plaquefärbung veränderte sich nicht. Weder die Gesamtmenge an humanem Tau noch das an Threonin 181 phosphorylierte Tau veränderten sich, und auch die Tau-Fehllokalisation blieb unverändert. Die mitochondrialen Messgrößen veränderten sich ebenfalls nicht: Es gab keinen signifikanten Effekt auf die Aktivität der Cytochrom-c-Oxidase, auf das Oxidaseprotein oder auf ATP. In diesem Modell und bei diesem Verabreichungsschema erhöhte Methylenblau somit zwei von drei Proteasomaktivitäten, senkte lösliches Amyloid und normalisierte eine Verhaltensmessgröße. Die Tau-Endpunkte, unlösliches Amyloid und die untersuchten mitochondrialen Endpunkte blieben unverändert.

Eine Einschränkung präzisiert diesen Befund, statt ihn abzuschwächen. In dem untersuchten Alter hatten diese Mäuse noch keine Tau-Aggregate entwickelt. Das Experiment kann daher nicht zeigen, dass Methylenblau gegen Tau-Bündel unwirksam ist. Es zeigt, dass lösliches Amyloid abnehmen kann, während sich die gemessenen Tau-Endpunkte nicht verändern. Genau solche Ergebnisse, bei denen sich ein Protein verändert und ein anderes nicht, sind für dieses Thema erforderlich. Wer bislang davon ausging, dass die Proteasomaktivierung durch Methylenblau beide charakteristischen Proteine gemeinsam abbaut, findet in dieser Studie die entsprechende Korrektur.

Der Befund zur Amyloidproduktion stammt aus älteren PSAPP-Mäusen und widerspricht dem vorherigen Mechanismus

Eine andere Forschungsgruppe, ein anderes Modell und eine gegensätzliche Erklärung auf einer vorgelagerten Stufe. In einer dreimonatigen Studie mit Verabreichung per Magensonde an 15 Monate alten PSAPP-Mäusen verringerte eine tägliche orale Dosis von 3 mg/kg die Plaquelast in verschiedenen Hirnregionen um ungefähr ein Drittel bis die Hälfte. Außerdem nahmen mehrere Amyloidfraktionen ab, darunter Oligomere, die mit einem eigens dafür vorgesehenen Assay gemessen wurden. Hier war der vorgeschlagene Mechanismus jedoch eine verringerte Produktion und kein beschleunigter Abbau: Die Menge des BACE1-Proteins im Gehirn sank, sein Produkt C99 nahm ab, die entsprechende Boten-RNA dagegen nicht. Das deutet auf einen Effekt auf Proteinebene hin und nicht auf eine geringere Genexpression.

Die Zellversuche erhärteten diese Erklärung. In einem zellfreien Assay mit rekombinantem Enzym hemmte Methylenblau BACE1 direkt. In Hamsterovarialzellen, die humanes Amyloid-Vorläuferprotein exprimierten, nahm sezerniertes Amyloid 40 und 42 bereits bei Konzentrationen von 1.56 mikromolar ab, während das Vorläuferprotein selbst unverändert blieb. Dem steht die vorherige Studie gegenüber, in der die Verarbeitungsfragmente des Vorläuferproteins unverändert blieben und der Effekt dem Abbau zugeschrieben wurde. Beide Befunde können nicht denselben universellen Mechanismus beschreiben, denn Modelle, Alter, Dosen, Verabreichungswege und Zeiträume unterscheiden sich. Genau darum geht es. Die Amyloideffekte von Methylenblau beruhen in einer Versuchsanordnung auf der Produktion und in einer anderen auf dem Abbau. Wer einen dieser Befunde ohne seine Versuchsbedingungen zitiert, führt in die Irre.

Eine chemische Reaktion, mehrere Zielstrukturen: die Verbindung durch Cysteinoxidation

Ein dritter Forschungsansatz erklärt, wie ein und dieselbe Redoxchemie in Untersuchungen zu unterschiedlichen Proteinen auftreten kann. In einer biochemischen Studie zur Caspasehemmung inaktivierte Methylenblau Caspase-6, indem es deren katalytisches Cystein zu Sulfensäure oxidierte. Dies wurde mittels Massenspektrometrie bestätigt. Die halbmaximale Hemmkonzentration lag bei etwa 10.6 mikromolar. Caspase-3 wurde bei einer ähnlichen Konzentration gehemmt. Die Autoren stellten ausdrücklich eine Verbindung zur Tau-Literatur her: Dieselbe Cysteinoxidation, die Tau vermutlich in seiner monomeren Form hält, kann eine Cysteinprotease ausschalten, und die wirksamen Konzentrationsbereiche überschneiden sich.

Das ist eine elegante Erklärung und zugleich ein Warnhinweis. Ein redoxaktives Molekül, das zugängliche Cysteine oxidiert, hat bei jeder wirksamen Konzentration mehr als eine Zielstruktur. Die Befunde zur Auflösung von Tau-Aggregaten, die Caspase-Befunde und möglicherweise weitere Befunde beruhen auf derselben chemischen Reaktion an unterschiedlichen Proteinen. Diese gemeinsame Reaktion macht die Ergebnisse nicht austauschbar. Sie bedeutet, dass Dosis und Kontext entscheiden, welche Zielstruktur relevant ist. Außerdem kann eine langfristige Verabreichung, die auf einen bestimmten cysteinabhängigen Prozess abzielt, auch andere Prozesse beeinflussen. Die Autoren der Caspase-Studie sprachen diesen Aspekt ausdrücklich an. Verwandte Fragen dazu, wie die Redoxchemie von Methylenblau seine Zielstrukturen bestimmt, was eine Proteasomaktivierung für andere aggregierte Proteine bedeutet und ob eine langfristige Verabreichung das Zielprofil verändert, verdienen jeweils eine eigene Betrachtung.

Mechanismus nach Endpunkt: Welcher Befund gehört zu welchem Modell?

Wer die Tabelle Zeile für Zeile liest, erkennt die Schlussfolgerung. In keiner einzigen Zeile zeigt sich in jeder Spalte eine Veränderung. Das stärkste Ergebnis zur Amyloidproduktion stammt aus der Studie, die das Proteasom überhaupt nicht untersuchte. Das stärkste Proteasomergebnis stammt aus der Studie, in der sich die Verarbeitung des Vorläuferproteins nicht veränderte. Der Tau-Befund beruht überwiegend auf Reagenzglasversuchen und auf einer chemischen Reaktion, die auch andere Enzyme als die beabsichtigte Zielstruktur betrifft. Wer diese Spalten zu einer einzigen Behauptung zusammenführt, Methylenblau baue pathologische Proteine als ganze Klasse ab, schreibt einen Übersichtsartikel über ein Experiment, das nie durchgeführt wurde.

Diese Sorgfalt gilt auch für Patienten. Ob diese Mechanismen insgesamt einen klinischen Nutzen ergeben, ist eine eigene Frage mit eigenen Studien und eigenen Schlussfolgerungen. Sie wird bei der klinischen Evidenz zur Alzheimer-Krankheit beantwortet und nicht hier.