Galectin-3激活EphA4受体损伤海马突触可塑性促进阿尔兹海默病发展的机制研究

Hippocampal synaptic plasticity decline plays an important role in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Exploring the new molecular target for enhancing synaptic plasticity is the new strategy on study and therapy of AD. Our previous studies have found that galectin-3 (Gal-3) level is increased in the serum of AD patients and significantly correlated with cognitive impairment. Gal-3 treatment induces synaptic plasticity impairment, accompanied by abnormal actin rearrangement and microtubule disorder. In view of the above, we hypothesize that central Gal-3 might induce synaptic plasticity decline and cognitive impairment by deregulating cytoskeleton dynamics through binding with EphA4 receptor and then over-activating RhoA/ROCK signaling. In this project, Gal-3 will be overexpressed or knocked down via micro-injecting the lentiviral vector encoding the RNA or shRNA for Gal-3 gene into the hippocampi of TgAPP/PS1 mice aged 3 or 11 months. The role of central Gal-3 in hippocampal synaptic plasticity decline will be investigated from two aspects of positive and negative regulation, and confirmed by Gal-3 and Gal-3 inhibitor in the primary cultured hippocampal neurons. At last, we will clarify the signaling of Gal-3-inducing synaptic plasticity impairment. The project will help to find the target for enhancing synaptic plasticity and subsequently lay the foundation for research and development of new anti-AD drug targeting Gal-3.

海马突触可塑性下降在阿尔茨海默病（AD）发病进程中占据重要地位，发掘增强突触可塑性的潜在靶点成为近年来研究及治疗AD的新方向。我们前期研究发现：半乳糖凝集素-3（Gal-3）在AD患者血清中上调，且与认知损伤相关；Gal-3损伤突触可塑性并伴随肌动蛋白异常组装和微管系统紊乱。据此，本项目提出假说：Gal-3结合EphA4受体过度激活RhoA/ROCK通路引起细胞骨架动态周转紊乱，进而损伤海马突触可塑性，最终促进AD中认知障碍。本研究拟采用3月龄和11月龄APP/PS1小鼠，将Gal-3的RNA或干扰RNA慢病毒微注射到海马分别过表达或敲减此脑区Gal-3，从正反两方面研究中枢Gal-3在AD突触可塑性损伤中的作用，并在神经元中经重组Gal-3及其抑制剂进一步确证，最后阐明Gal-3损伤突触可塑性的信号通路。本项目将为增强突触可塑性提供潜在靶点，并为靶向Gal-3的AD新药研究奠定科学基础。

随着人口老龄化进程的加速，阿尔兹海默病（AD）患病率逐年攀升，严重影响患者生活质量。遗憾的是，已上市的 AD 治疗药物种类稀少、疗效不高且不良反应大，亦不能阻止病情发展。因此，针对 AD 的新药研究亟待寻找新的解决路径。本项目主要研究了 AD 患者、转基因动物及细胞模型中半乳糖凝集素-3（Gal-3）表达情况、上调及下调中枢 Gal-3 对 AD 中认知损伤和海马突触可塑性的影响；并进一步探索了 Gal-3 引起 AD 中海马突触可塑性下降的机制。本项目研究结果显示 AD 患者、转基因动物及细胞模型中 Gal-3 表达异常升高，AD 患者血清 Gal-3 水平与认知损伤程度显著相关。APP/PS1 小鼠血清、海马及前额叶皮层中 Gal-3 水平随着月龄进行性增加，淀粉样蛋白（Aβ）处理的海马小胶质细胞中 Gal-3 表达水平也显著增加。重组 Gal-3 损伤原代培养的 APP/PS1 小鼠海马神经元活力及形态，降低树突棘密度、突触相关蛋白 PSD-95 和 SYN 表达水平。海马过表达 Gal-3 促进 APP/PS1 小鼠空间记忆和工作记忆损伤，减少突触相关蛋白 PSD-95 和 SYN 表达水平，降低树突棘密度，引起突触丢失，并抑制海马 LTP。拮抗 Gal-3 改善 Aβ 诱导的小鼠空间记忆和工作记忆损伤，增加 PSD-95 和 SYN 表达水平，提高树突棘密度，改善突触丢失，增强海马 LTP。拮抗 Gal-3 改善原代培养的 APP/PS1 小鼠海马神经元活力、形态、树突棘密度、PSD-95 及 SYN 表达水平的影响。在化学诱导模型基础上，进一步敲减 APP/PS1 小鼠海马 Gal-3，相关结果显示敲减海马 Gal-3改善 APP/PS1 小鼠空间记忆和工作记忆损伤，增加 PSD-95 和 SYN 表达水平，提高树突棘密度，改善突触丢失，增强海马 LTP。离体实验结果显示 Gal-3 通过结合并激活 EphA4 受体，经 Cdk5/Ephexin1 过度激活 RhoA/ROCKII 信号通路，引起肌动蛋白异常组装，导致突触可塑性下降，揭示了 Gal-3 引起 AD 中海马突触可塑性下降的可能机制。本项目的实施为 AD 新药研究提供了潜在的干预靶点，为靶向 Gal-3 的 AD 新药研究奠定科学基础，并促进了基础研究向临床应用的转化。