Tau蛋白异常对海马神经环路的影响及其在阿尔茨海默病记忆障碍发生发展中的作用

海马是学习记忆的重要脑区。海马依赖的情节记忆障碍是阿尔茨海默病（AD）的早期临床特征，而异常tau蛋白在海马神经环路聚集是AD的早期病理改变，且二者呈正相关；申请者在多种动物模型中发现，海马特定区域tau磷酸化/聚集水平的显著改变与学习记忆能力改变密切相关；提示tau可能通过影响海马环路调节记忆功能，并在AD记忆障碍的发生发展中起重要作用，但尚缺乏直接实验证据。本项目拟采用病毒载体定位感染或构建条件基因敲除小鼠，定位、定时调控成年小鼠海马中tau蛋白表达和磷酸化水平；同时，联合运用行为学，电生理，分子荧光、电子显微镜、磁共振成像等技术，重点探讨干预海马神经环路tau蛋白表达和磷酸化水平对小鼠学习记忆能力、海马环路中突触结构和功能的影响及其分子机制。研究结果将为tau蛋白异常通过损伤海马神经环路导致学习记忆障碍提供实验依据，为深入研究tau相关疾病的早期诊治策略提供新动物模型和新分子靶标。

老年性痴呆是最常见的神经退行性疾病，本项目探讨tau在AD神经细胞退变及学习记忆障碍中的作用和机制。发现tau蛋白过度磷酸化与SUMO化互相促进，后者抑制tau蛋白的泛素化，导致tau蛋白不被泛素蛋白酶体系降解而聚集，引起神经细胞退行性变。发现tau蛋白在酸性环境下被AEP剪切，形成毒性片段：在酸性pH条件下，tau蛋白被AEP剪切，形成毒性片段导致神经细胞死亡，动物学习记忆障碍。AEP在老化过程中以及在突变tau转基因小鼠中活性增高，敲出AEP或突变tau蛋白的AEP的剪切位点，可逆转神经元毒性、改善学习记忆能力。发现上调MT2受体或EphB受体，可达到部分抑制GSK-3beta，从而改善tau蛋白过度磷酸化、聚集以及动物的学习记忆障碍。发现下调蛋白磷酸酯酶PP2A的内源性蛋白抑制分子SET可通过恢复PP2A活性，达到拯救AD-样tau病理性聚集，改善小鼠的学习记忆功能。在海马CA3表达异常Tau蛋白导致焦虑样行为和抑制性环路损伤：在多种阿尔茨海默病（AD）模型中，我们发现海马CA3区的tau过度磷酸化或异常聚集现象尤为明显。进而特异性地在小鼠CA3区感染htau-AAV过表达tau，通过行为学检测发现焦虑行为表现，社交行为障碍，以及空间学习记忆受损。同时我们检测到htau转基因小鼠年龄依赖的焦虑行为发生。通过Western Blot检测过表达tau的海马样品，没有发现CHAT，TH，TPH，GAD65，GAD67等蛋白水平的差异。我们通过微透析实验，检测病毒注射后CA3细胞外液中氨基酸类递质、单胺递质、单胺递质代谢产物(HVA,5-HIAA)的浓度，发现tau组GABA浓度下降， 提示CA3区GABA能传递受损。我们进而进行病毒注射后CA3区电生理检测，发现过表达tau明显损伤gamma振荡。进一步验证，我们在CA1椎体神经元记录抑制性突触后电流，发现在CA3-CA1的IPSC受损。在整体给予GABAA受体激动剂咪达唑仑后，我们发现CA3区过表达tau小鼠焦虑样行为得到逆转。