应激反应基因NDRG2在AD神经病理损伤中的保护作用与机制研究

Amyloid β protein (Aβ), one of the important pathological features of Alzheimer's disease (AD), can promote the accumulation and excitotoxicity of glutamate, the main excitatory neurotransmitter in the synapses, but the specific molecular mechanism is unclear. The existing literature and our recent studies have shown that: NDRG2 was a cellular stress response gene which was specific expressed in astrocytes in the brain; NDRG2 expression significantly increased in AD patients and AD animal model; NDRG2 protein can bind and stabilize Na+/K+-ATPase; Na+/K+-ATPase drives glutamate intake in synapses through Glial glutamate transporter 1 (GLT-1) by astrocyte. These results suggest NDRG2 may be elevated response with Aβ stimulation. And as an endogenous protective molecule, NDRG2 may regulate Na+/K+-ATPase to promote redundant glutamate intake via GLT-1. This project intends to comprehensively use multiple methods, including molecular biology, cell biology, neurobiology and animal behavior, and at astrocytes, NDRG2 knockout mice and AD model mice levels to deeply study above scientific hypotheses. Our study could provide new clues on the endogenous protective mechanism in the process of AD and new insights into diagnosis and treatment for AD.

β淀粉样蛋白（Aβ）堆积是阿尔茨海默病（AD）的重要病理学特征，能促进谷氨酸等兴奋性神经递质在神经突触的堆积和毒性作用，但是具体分子机制并不清楚。已有的文献和我们近期发表的研究证明：NDRG2是一个细胞应激反应基因，在脑中特异表达于星形胶质细胞；AD病人和AD模型动物中NDRG2表达显著增高；NDRG2结合并稳定Na+/K+-ATPase；Na+/K+-ATPase驱动着星形胶质细胞通过谷氨酸转运体GLT-1摄取神经突触中的谷氨酸。上述结果提示NDRG2可能受到Aβ的刺激而反应性升高，作为一种内源性保护分子，通过调控Na+/K+-ATPase促进GLT-1摄取多余的谷氨酸。本项目拟综合利用分子生物学、细胞生物学、神经生物学和动物行为学等方法，在体外星形胶质细胞和NDRG2基因敲除鼠以及AD模型鼠水平，深入研究上述科学设想，为探索AD病程中的内源性保护机制提供新线索，为AD的诊治提供新思路。

NDRG2基因是第四军医大学基础医学院生物化学与分子生物学教研室药立波教授课题组于1999年首先发现并克隆的人源化基因。我们前期发现NDRG2在小鼠脑中主要表达于星形胶质细胞，有文献报道AD病人脑中NDRG2的表达水平显著升高。因此，我们详细研究了NDRG2对AD发生发展的影响。本课题有两个重要结果：第一、NDRG2是一个内源性神经保护分子，可以延缓AD的发生发展；第二、NDRG2通过促进星形胶质细胞对谷氨酸的再摄取，减轻β淀粉样蛋白的神经细胞毒性。..重要发现一的关键数据：在AD发展进程中，NDRG2的表达水平随着AD小鼠年龄的增加而显著上调。并且NDRG2的表达上调和β淀粉样蛋白累积水平以及活化的GFAP水平相关。我们利用两种小鼠模型（NDRG2基因敲除小鼠侧脑室注射β淀粉样蛋白和Ndrg2-/-APP+双修饰小鼠），验证了NDRG2缺失加重AD小鼠学习记忆损伤的作用。..重要发现二的关键数据：β淀粉样蛋白的堆积会显著增加脑中兴奋性神经递质谷氨酸的含量并引发兴奋性神经毒性反应。我们发现NDRG2可以通过稳定其相互作用蛋白Na+/K+-ATPase β1，促进星形胶质细胞对谷氨酸的再摄取，从而减轻AD病理过程中β淀粉样蛋白堆积诱发的神经毒性反应。具体分子机制为NDRG2-Na+/K+-ATPase β1-EAATs动态复合物的形成可以实现NDRG2通过对Na+/K+-ATPase β1稳定性的调节进一步影响谷氨酸转运体EAATs的功能。..本课题从分子、细胞和整体动物不同水平和层次，围绕应激反应基因NDRG2在星形胶质细胞和β淀粉样蛋白的致病作用展开研究。初步阐明NDRG2在β淀粉样蛋白介导的AD病程中的神经保护作用，鉴定出NDRG2是对抗AD进程的内源性保护分子。为实现在特定阶段抑制或阻断AD的发生、进展奠定理论和实验基础。