亲环蛋白D介导早期阿尔茨海默病突触线粒体功能障碍机制的研究

Alzheimer's disease (AD) is a severe neurodegenerative disease attacking aged people. Mitochondrial dysfunction is a hallmark pathology in AD and closely related to neurodegeneration in AD.Synaptic mitochondria are a critical subgroup of neuronal mitochondria. Synaptic mitochondrial dysfunction is an early pathological change in AD and occurs before injury in other subgroups of mitochondtia. The detail mechanisms of synaptic mitochondrial dysfunction in AD have not yet been elucidated. Previous studies have demonstrated that cyclophilin D is the initiator of mitochondrial permeability transition pore (mPTP) formation. Our previous study suggested the potential involvement of cypD in synaptic mitochondrial pathology in AD.In this study, we will focus on the role of cyclophilin D (cypD) in mediating synaptic mitochondrial dysfunction in AD at its early and progressing stages. We will employ cypD gene manipulat mice to perform the study. By decreasing or increasing the expression level of cypD, we will conduct in-depth in vivo and in vitro study into the impact of cypD in inducing mPTP fromation in synaptic mitochondria thusly resulting in synaptic mitochondrial functional deficits and damaged distribution at presynapses in an environment with various levels of endongenous Amyloid beta. We will also detrmine the effect of interference on cypD in protecting synaptic mitochondrial injury from the insult of endogenous amyloid beta. The experiments will be conducted on animal, cellular and molecular basis. This proposed study will have positive impact on elucidating the molecular mechanisms of synaptic mitochondrial injury in AD, particularly at its early stage. Besides, this study will provide novel strategy for the treatment of AD by intervening on cypD in protecting synaptic mitochondrial function.

阿尔茨海默病（AD）是一种常见的老年神经系统变性病。线粒体功能障碍是AD的重要病变，与AD神经元损伤密切相关。突触部位线粒体是神经元中关键线粒体亚群，在AD中其损伤发生早于其他线粒体亚群。目前AD早期突触线粒体损伤的分子机制尚未阐明。资料表明线粒体亲环蛋白D（cypD）是引起线粒体膜通透性转换孔（mPTP）形成的重要因子。我们在前期实验基础上首次提出cypD在AD早期及其发展阶段参与AD突触线粒体损伤。我们将应用cypD基因改造动物，通过降低或提高cypD表达量从体内体外两方面探索在不同浓度内源性AD致病因子beta-淀粉蛋白(Aβ)作用下，cypD介导突触线粒体上mPTP形成，引起突触线粒体功能损伤及前突触部位突触线粒体转运分布障碍中的作用。同时观察阻断cypD对Aβ导致的突触线粒体损伤的保护机制。本研究首次阐明cypD参与AD尤其是AD早期突触线粒体损伤的机制，为AD防治提供新的思路。

阿尔茨海默病（AD）是一种常见的老年神经系统变性病。目前关于本病明确的发病机制尚不明确。近年来研究提示线粒体功能障碍是AD的重要病变，与AD神经元损伤密切相关。而在脑线粒体中，突触部位线粒体是神经元中关键线粒体亚群，在AD中其损伤发生早于其他线粒体亚群，并与AD突触损伤及其造成的认知功能障碍密切相关。因此了解突触部位线粒体损伤的发生发展机制对于理解AD的发生发展有着重要作用。我们前期研究提示线粒体膜通透性转换孔（mPTP）的形成是AD脑线粒体损伤的重要表现和原因之一。由于线粒体亲环蛋白D（cypD）是mPTP的主要调节因子，因此我们推测阻断cypD对Aβ导致的突触线粒体损伤有保护作用，从而为AD防治提供新的思路。我们自课题开展以来，实验进展顺利。我们首先确定了mPTP的活化是AD尤其是AD早期突触部位线粒体损伤的重要表现。通过干预cypD从而阻断mPTP开放有效地保护了AD小鼠突触部位线粒体功能，进而缓解了神经元和突触损伤，并最终改善了AD小鼠认知功能。我们的研究结果提示（1）mPTP活化是导致AD突触部位线粒体和神经元损伤的重要分子机制；（2）干预cypD从而阻断mPTP对AD有一定治疗效果。因此我们达到了预期的研究目的。.同时我们发现干预cypD影响mPTP在生理状况下的基线水平，提示cypD敲除完全阻断mPTP活化。但是近两年细胞生物学研究提示cypD及mPTP有其重要生理作用，阻断生理性mPTP对线粒体的正常生理功能存在影响。为解决这个难题，我们在完成了预定实验计划外又进一步研究并取得了重大进展。我们实验结果提示虽然线粒体ATP合成酶的功能异常是AD中病理性mPTP活化的病理基础。进一步研究提示线粒体ATP合成酶亚基寡霉素敏感相关蛋白（OSCP）的减少及OSCP与淀粉样蛋白的相互作用是AD中ATP合成酶功能障碍及其介导的mPTP病理性活化的主要分子机制。针对OSCP的干预不仅有效保护了线粒体免于淀粉样蛋白导致的能量代谢下降、病理性mPTP开放以及突触损伤，并且其保护作用不依赖于cypD功能状况。更重要的是OSCP干预对于mPTP的生理功能没有显著影响。因此我们的研究提示OSCP的功能紊乱在AD mPTP病理性活化和线粒体损伤中的重要角色，而针对OSCP的保护可能是比干预cypD更为有效的治疗方案。这为我们进一步深入探讨AD线粒体障碍打下了重要基础。