硫酸乙酰肝素调控β-分泌酶表达的作用机制研究

Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disease in the elderly. The cause of AD is still poorly understood and currently there are no treatments can stop or reverse the progression of the disease. Studies show that overproduction and oligomerization of Aβ in the brain is the major cause of AD, and the key question in the field now is how to lower the production of Aβ. BACE1, an enzyme that initiates APP processing to generate toxic Aβ, plays a crucial part in AD pathogenesis. However, the regulation mechanisms of BACE1 are not completely understood. Heparan sulfate (HS) can directly interact with BACE1, but the functional consequence of this interaction is still unknown. Our pilot studies indicate that deletion of endogenous HS with specific drug or enzyme in primary cortical cells from APP transgenic mice reduces the level of BACE1 and attenuates Aβ secretion. This project will further investigate the precise mechanism underlying the reduction of BACE1 expression caused by removal of HS, and also examine the functions of different HS fine structures in regulation of BACE1 expression and Aβ production. Our study will uncover a new physiological function of HS, leading to a better understanding of BACE1 regulation mechanism and the cause of AD, and also provide new clues for development of AD therapeutics.

阿尔茨海默症(AD)是一种中枢神经系统退行性疾病，目前致病机理尚未阐明，而且缺乏有效的治疗手段。研究表明Aβ水平失衡和寡聚化是引发AD的中心环节。因此，减少Aβ生成是治疗AD的关键。β-分泌酶（BACE1）是Aβ生成的限速酶，其调控失常是AD发病的重要因素之一，然而BACE1的生理调控机制尚未完全阐明。硫酸乙酰肝素(HS)可与BACE1相互结合,但其对BACE1的调控作用尚不明确。我们的预实验结果表明，下调AD转基因鼠原代神经元细胞中HS糖链水平可以降低BACE1表达和Aβ生成，这一发现揭示了一个新的BACE1调控途径。本项目拟在前期研究的基础上深入探讨HS糖链调控BACE1表达的具体机制，阐明HS糖链精细结构对BACE1表达和Aβ分泌的影响。本项目的研究对阐明BACE1的生理调控机制和AD的发病机理，以及完善HS糖链的生物学功能均有重要意义，并为研发AD治疗药物奠定了重要理论基础。

阿尔茨海默症（AD）是一种中枢神经系统退行性疾病，目前致病机理尚未完全阐明，而且缺乏有效的治疗手段。研究表明AD患者脑部Aβ水平失衡和寡聚化是引发AD的主要因素。因此，减少Aβ的生成成为治疗AD的关键。β-分泌酶（BACE1）剪切淀粉样蛋白前体蛋白（APP）从而启动Aβ的生成，其调控失常是AD发病的重要因素之一，然而BACE1酶切APP产生Aβ的调控机制尚未完全阐明。硫酸乙酰肝素（HS）可与BACE1相互结合，但结合后对BACE1剪切APP产生Aβ的调控作用尚不明确。先前研究表明下调AD转基因小鼠原代神经元细胞中HS糖链水平可以降低BACE1蛋白的表达和Aβ生成。本项目在此基础上进一步研究发现去除细胞表面HS糖链或抑制HS糖链的合成可缩短BACE1在细胞表面的停留时间，并促进BACE1蛋白运输至溶酶体内降解。通过对HS结构类似物的研究发现HS糖链结构的C5差向异构化程度以及硫酸化修饰模式均可影响其对BACE1蛋白表达和Aβ生成的调控作用。此外，我们首次发现过表达C5差向异构化酶Hsepi可显著提升HS糖链的异构化水平。然而敲除Hsepi基因可导致HS糖链差向异构化修饰缺失，进而影响VEGF信号通路的活性，导致小鼠肺发育迟缓，但对2-O-磺基转移酶2OST的细胞转运和酶活性没有显著影响。本项目的研究成果对完善HS糖链修饰的调控过程以及阐明HS糖链的生物学功能具有重要意义，为揭示BACE1的生理调控机制和AD的发病机理提供了重要参考，同时为AD治疗药物的研发奠定了重要理论基础。