基于p62介导的抗氧化与自噬交联作用探讨Aβ诱导慢性氧化应激损伤机制

Amyloid-β (Aβ) is the main cause of oxidative damage leading to pathological changes of Alzheimer disease (AD). The inhibition of Keap1-Nrf2-ARE signal pathway and impairment of autophagy have been found in the brain of AD in the late stage, and the underlying mechanisms are not clear. p62 is a kind of intracellular protein induced by oxidative stress, and involved in Keap1-Nrf2-ARE signal pathway and autophagy crosstalk. p62 oligomerization is the key step in completing these functions. Our previous studies revealed that the Aβ-induced chronic oxidative damage increased K63-linked ubiquitination of p62 and reduced p62 oligomerization, which might play roles in the inhibition of endogenous antioxidation and impairment of autophagy. This project aimed to investigate the detailed mechanisms by in vivo and in vitro studies using AD animal and cellular models, gene knockout cell lines, as well as various gene expression vectors and mutants. The results from this project could reveal the mechanisms of oxidative damage in AD brain, expand the understanding of the structure and function of p62 protein, and furthermore provide the clues to exploit the early intervention drug of antioxidation.

β-淀粉样蛋白(Aβ)是引发氧化应激损伤造成阿尔茨海默病(AD)病理改变的重要因素，晚期AD患者脑组织中出现内源性Keap1-Nrf2-ARE抗氧化应答信号通路严重抑制，自噬障碍，其中发生机制不十分清楚。p62是一种由应激诱导产生的细胞内蛋白，参与对Keap1-Nrf2-ARE通路的调控及选择性自噬过程，而p62蛋白寡聚体的形成是完成这些功能的关键。我们前期实验结果提示，p62蛋白翻译后K63位泛素化修饰及蛋白构象的改变可能在Aβ抑制内源性抗氧化应答及自噬，导致慢性氧化应激损伤中发挥作用。本项研究拟利用AD动物及细胞模型、基因敲除细胞系，各种基因表达载体、突变体，采用细胞生物学、分子生物学等研究手段，从整体和细胞水平对这一假设进行论证和相关机制的研究。所获研究结果将进一步揭示AD发病过程中氧化应激损伤机制，同时拓展对p62蛋白结构功能的认识，也为开发早期AD抗氧化应激损伤干预药物提供依据。

β-淀粉样蛋白(Aβ)是引发氧化应激损伤造成阿尔茨海默病(AD)病理改变的重要因素，晚期AD患者脑组织中出现内源性Keap1-Nrf2-ARE抗氧化应答信号通路严重抑制，自噬障碍，其中发生机制不十分清楚。p62是一种由应激诱导产生的细胞内蛋白，参与对Keap1-Nrf2-ARE通路的调控及选择性自噬过程，而p62蛋白寡聚体的形成是完成这些功能的关键。本项研究拟利用AD动物及细胞模型、基因敲除细胞系，各种基因表达载体、突变体，采用细胞生物学、分子生物学等研究手段，从整体和细胞水平，探讨慢性Aβ损伤抑制内源性抗氧化应激的机制。得到如下实验结果：1、p62寡聚体的减少参与慢性Aβ损伤引起的Nrf2信号通路的抑制；2、p62寡聚体在氧化应激损伤抑制自噬底物捕获中发挥作用；3、Aβ引起TRIM21表达升高；4、TRIM21通过泛素化p62蛋白K7赖氨酸位点抑制p62寡聚体形成；5、抑制TRIM21高表达可减轻Aβ引起的氧化应激损伤；6、SUMO化修饰参与Aβ慢性损伤抑制抗氧化应激反应；7、慢性Aβ损伤通过抑制SIRT1的表达，减少Nrf2和MafF的SUMO化修饰，抑制细胞核内Nrf2信号通路；8、高表达SIRT1可缓解Aβ诱导的氧化应激损伤，从而发挥神经保护作用。通过以上研究结果可得出以下结论：慢性Aβ损伤促进TRIM21高表达，进而通过泛素化p62蛋白K7赖氨酸位点抑制p62寡聚体形成，同时抑制自噬底物的捕获，从而抑制内源性抗氧化应答及自噬。同时，SIRT1通过调控Ubc9乙酰化水平影响Nrf2与MafF蛋白的SUMO化修饰，在慢性Aβ损伤抑制细胞核内Nrf2信号通路中发挥作用，抑制TRIM21和SIRT1表达可发挥神经保护作用。该项研究不仅可以认识慢性Aβ损伤抑制内源性抗氧化应答的机制，同时也为深入了解AD发病机理、开发早期干预认知障碍药物提供依据。