我室齐晓岚教授、洪伟副教授在AGING-US发表α7 nAChR在AD发病中的神经保护作用机制

阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease, AD)是一种与年龄有关的痴呆症，其中进行性和不可逆的记忆力减退困扰着许多老年患者。AD 的主要发病机制尚未完全明确，目前研究表明脑内老年斑 (senile plaques, SP) 和神经原纤维缠结 ( neurofibrillarytangles, NFTs) 是 AD 最主要的病理环节。老年斑的形成机制是由于 β-淀粉样肽 (β-amyloid peptide, Aβ) 在脑内过度沉积所致，Aβ 的聚集能够导致细胞的凋亡，钙稳态的失调，胆碱能神经系统功能损害等。

胆碱能系统功能降低在AD发病早期就已出现，对于AD的病程进展有重要作用。胆碱能系统中的神经型尼古丁受体(Neuronal nicotinic acetylcholine receptor, nAChR)是神经系统中一类非第2信使介导的神经递质结合的离子通道，由 α和β两种亚单位构成。nAChRs参与着大脑中学习记忆的形成、认知能力等多方面的调节过程，同时也参与许多信号传递过程中的调控，已有研究表明其具有显著的神经保护作用，具有潜在的AD治疗作用。α7 nAChR是nAChR中重要的成员，由五个α7亚基组成，是在海马和皮层神经元中高表达的较为特殊的亚型。α7 nAChR是一种可与神经递质结合的非第二信使依赖性门控离子通道偶联受体，同时其作为一种离子通道参与调节细胞内外的Ca²⁺等离子的流动，在AD的发病过程中具有重要意义。研究表明AD患者及APP/PS1转基因鼠胆碱能系统损伤与α7 nAChR水平下降有关，α7 nAChR在对抗Aβ神经毒性作用中起了重要的作用。因此，α7 nAChR成为近年来研究的热点。

另外，有研究表明，在老化过程中α7 nAChR对海马中突触可塑性的维持具有重要意义，Aβ寡聚体聚集及其神经毒性刺激引起的突触功能损伤和数量减少与AD病程进展紧密相关。α7 nAChR通过对第二信使Ca²⁺的协助，对神经系统兴奋性、多种神经递质的释放、LTP诱导、学习记忆功能的改善等方面进行调控。另外，Aβ慢性刺激可诱导α7 nAChR表达增加，这可能与Aβ诱导Ca²⁺的改变有关，同时α7 nAChR表达增加可通过增加钙离子细胞水平。活化的α7 nAChR不仅对于神经元的兴奋有促进作用，也能参与对抗Aβ的神经毒性，并减弱其诱导的神经细胞凋亡。很多研究已经把α7 nAChR作为对抗Aβ神经毒性的一个重要的潜在治疗靶点。Aβ和α7 nAChR之间具有高亲和力，这种结合在神经细胞内形成Aβ-α7 nAChR复合物，损坏α7 nAChR信号传导，破坏胆碱能神经递质的传递，引起神经细胞的死亡。因此，破坏Aβ-α7 nAChR的结合，是治疗Aβ导致的功能缺陷、神经退行性变的一种新型治疗手段，而α7 nAChR激动剂可作为新型药物靶点。研究显示α7 nAChR激动剂与其阳性变构调节剂相结合后对AD治疗有重要作用，激动剂能够与α7 nAChR结合，阻止Aβ的内吞作用及突触功能的破坏，具有抗凋亡、提高认知功能、抗蛋白聚集效应。PNU是一种特异性α7 nAChR激动剂，对于其他nAchR亚单位的亲和力极低，可与α7 nAChR结合，已发现其具有提高和改善AD 动物模型的学习和记忆功能的作用。通过动物模型实验发现，PNU能够提高和改善认知和记忆功能，但是这种改善作用的具体机制仍未阐明。因此，nAChRs的激动剂被广泛认为是潜在的治疗剂。

基于以上问题，本研究使用原代海马神经元细胞和APPswe / PSEN1dE9双转基因小鼠模型，研究a7 nAChR特异性激动剂PNU-282987在AD发病机制中的可能的治疗作用和潜在机制。结果表明，a7 nAChR的激活减弱了Aβ诱导的细胞凋亡，减少了Aβ的沉积，增加了突触相关蛋白的表达并维持了突触形态。此外，在APPswe / PSEN1dE9双转基因小鼠模型中，a7 nAChR的激活减弱了Aβ诱导的突触损失，减少了海马中Aβ的沉积，维持了海马突触的整体结构，并激活了钙调蛋白（CaM）-钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CalMKI1）-cAMP反应元件结合蛋白的信号传导途径，通过上调其关键信号传导蛋白来实现。另外，a7 nAChR的激活改善了APPswe / PSEN1dE9双转基因小鼠的学习和记忆能力，PNU-282987对a7 nAChR的激活减弱了体内和体外Aβ的毒性作用，包括减少了Aβ在海马中的沉积，通过部分逆转突触相关蛋白的表达水平来维持突触形态，激活信号转导途径和改善APPswe / PSEN1dE9双转基因小鼠的认知能力（图1）。

该课题组主要致力于AD病理机制中Aβ的研究，该研究得到了国家自然科学基金委、贵州省科技厅项目的资助。贵州医科大学分子生物学重点实验室博士生王晓玲为该研究论文的第一作者，齐晓岚教授、洪伟副教授为论文的共同通讯。该课题组多位学生和研究人员参与了该项目研究工作。

图1：PNU-282987通过激活a7 nAChR调节突触相关蛋白和CaM-CaMKI1-CREB信号通路相关蛋白的表达，改善了突触和认知功能。突触是神经元之间连接的基本结构，并且突触的功能在很大程度上与突触相关蛋白有关。本研究发现PNU-282987对a7 nAChRs的激活可以在很大程度上调节突触相关蛋白的表达水平，包括SYN，PSD95，SNAP25，DYN1和AP180，这些蛋白由于Aβ的沉积而被下调.a7 nAChRs属于配体门控离子通道偶联受体，并在中心形成离子通道，主要调节细胞内部和外部的Ca²⁺流。作为多种信号途径的第二信使，Ca²⁺可以通过α7 nAChRs流入细胞并与CaM结合形成活性CaM复合物，CaM复合物可与CaMKll结合，从而改变CaMKll的空间构象并磷酸化CaMKll蛋白；磷酸化的CaMKll进入细胞核，催化CREB磷酸化；磷酸化的CREB是细胞内多种信号转导通路的关键调节因子，其可激活编码突触成分、影响突触传递的基因，从而较长时间地改变神经元的结构和功能，影响突触可塑性，在学习一记忆中具有重要作用。