水通道蛋白4在胶质淋巴系统清除功能和3xTg-AD小鼠病理进程中的作用

The discovery of brain lymphatic system is an important achievement in the field of Natural Science in 2015, but its role in the pathogenesis of the central nervous system has not been reported. Our recent study has revealed that the water channel aquaporin-4 (AQP4) promotes glymphatic clearance of β-amyloid (Aβ), subsequently delaying the pathological process of APP/PS1 mouse model of Alzheimer's disease (AD). Based on this finding, the proposal is designed to test the hypothesis that AQP4 mediated rapid water transport function promotes glymphatic system to remove macromolecule metabolic products Aβ and Tau protein as well as aged or degenerative microglial cells from brain parenchyma, thus effectively delays the process of AD-like pathology. In order to implement this project successfully, a new AD model, conditional AQP4 gene over expression/3xTg mice will be established, and two-photon microscopy, a fluorescence imaging technique that allows imaging of living tissue also will be used. The potential results not only contribute to a deeper understanding of the brain lymphatic system function and pathogenesis of AD, but also provide theoretical basis and preclinical evaluation platform for the development of new AD drugs targeted at AQP4.

脑淋巴系统的发现是2015年自然科学研究领域的重要成果，但其在中枢神经系统疾病发病中的作用，还未见报道。本课题组近期发现水通道蛋白4(AQP4)促进胶质淋巴清除脑内Aβ，从而延缓了APP/PS1阿尔茨海默病(AD)模型小鼠病理进程。在此工作基础上，本项目拟通过构建条件性AQP4基因过表达/3xTg新型AD模式动物，并应用活体脑组织荧光染料双光子共聚焦显微成像等技术和方法，系统验证如下假设： AQP4介导的水快速转运功能促进胶质淋巴系统清除Aβ、Tau蛋白大分子代谢产物和衰老变性的小胶质细胞，从而有效延缓AD样病理进程。预期研究结果不仅有助于更深层次理解脑淋巴系统功能和AD的发病机制，而且为后期开发靶向AQP4新型防治AD药物提供理论依据和临床前药效学评价平台。

胶质淋巴系统和脑膜淋巴管的发现是近年来神经科学研究领域的重要成果。本课题前期研究证实水通道蛋白4 (AQP4)是胶质淋巴功能性蛋白，其缺失加剧了APP/PS1小鼠阿尔茨海默病(AD)样病理进程（Mol Neurodegener, 2015:10:58, Cited times: 107）。本项目进一步系统探索了AQP4依赖的脑淋巴清除功能在AD发病中的作用。.主要研究内容和结果如下：.（1）利用自行构建的AQP4基因敲除APP/PS1小鼠、GFAP驱动的AQP4过表达/APP/PS1小鼠，研究AQP4在AD模式动物神经变性进程中的作用机制，发现胶质淋巴系统和小胶质细胞具有协同清除β-淀粉样蛋白(Aβ)、延缓APP/PS1小鼠早期病理进程的作用；增强AQP4介导的胶质淋巴清除功能减轻APP/PS1小鼠Aβ沉积和认知功能损害。.（2）通过脑膜淋巴管结扎、脑淋巴转运能力定量分析等技术手段证实脑膜淋巴管和胶质淋巴管具有协同清除Aβ、α-突触核蛋白以及老化胶质细胞，进而延缓脑衰老、AD和帕金森氏病转基因模式动物的病理进程。.（3）研究阐明了AQP4依赖的胶质淋巴系统介导有氧运动和睡眠剥夺对脑内代谢产物清除的影响，并将靶向胶质淋巴系统的生活方式干预策略用于社区综合防治AD，取得实质性进展。.总之，上述研究结果加深了对脑淋巴系统生理功能以及AD等神经变性疾病发病机制的认识，为靶向脑淋巴系统防治AD提供了理论基础和实验依据。已发表论文8篇，科学假设1篇；另有3篇论文待发表，相关研究成果被Cell、Science等期刊正面引用，得到胶质淋巴系统概念的提出者Maiken Nedergaard教授等本领域的顶级科学家的高度认可，并建立了稳定的合作关系；培养博士研究生和硕士研究生各4名；应邀作国际学术大会报告2次。申请者和培养的博士研究生分别获得2020年度国家自然基金面上项目和青年项目。