5-脂氧化酶通过调节γ-分泌酶活性促进β-淀粉样蛋白产生与沉积的机制研究

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenrative disorder characterized with β-amyloid protein (Aβ) deposition and plaque formation in the brain. Aβ is generated from β-amyloid precursor protein (APP) via a proteolytic process of β- and γ-secretases. Recent studies have shown that inhibition of 5-lipoxygenase (5-LO) is able to reduce γ-secretase activity, and decrease Aβ secretion/deposition in AD transgenic mouse brain. However, the underlying mechanism of how 5-LO modulates γ-secretase activity is poorly understood. We have generated a 5-LO/PS1/APP transgenic mouse, and this mouse showed increased Aβ deposition in the brain compared with the PS1/APP mouse. In this project, we will evaluate the effects of 5-LO on the γ-secretase activity and the expression levels of its subunits, PS, NCT, APH-1 and PEN-2, in 5-LO/PS1/APP mouse brain. Meanwhile, we will analyze the interaction protein of 5-LO among the γ-secretase subunits, PS, NCT, APH-1 and PEN-2. Hopefully, this project will explore the mechanisms by which 5-LO modulates the activity of γ-secretase, and provide a clue for searching potential drug targets for the prevention and therapy of AD.

阿尔茨海默病(AD)是一种以脑内形成大量β-淀粉样蛋白(Aβ)老年斑为主要病理特征的神经退行性疾病。Aβ由跨膜蛋白β-淀粉样蛋白前体蛋白(APP)经过 β-和γ-分泌酶依次酶切产生。近期研究表明，选择性抑制5-脂氧化酶(5-LO)的表达能明显降低γ-分泌酶的活性，减少AD转基因小鼠脑内Aβ的产生和老年斑形成，但其具体机制尚不清楚。我们成功制备了高表达5-LO的PS1/APP三转基因小鼠，并发现该小鼠脑内Aβ沉积明显高于PS1/APP小鼠，我们拟对该小鼠脑内γ-分泌酶活性及其亚基(PS、NCT、APH-1、PEN-2)的表达进行系统研究。同时，对APPsw稳定转染细胞进行5-LO的基因转染和RNA干扰，分析5-LO与γ-分泌酶亚基蛋白之间的相互作用，以及5-LO对这些蛋白表达的影响，最终阐明5-LO调控γ-分泌酶活性和Aβ分泌的分子机制，为将5-LO作为预防和治疗AD的新靶点提供理论基础。

阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease，AD)是主要发生在老年人群的一种以进行性痴呆为临床特征的神经退行性疾病。AD的典型病理特征是β-淀粉样蛋白（amyloid-β，Aβ）在其脑内的病理性沉积并逐渐形成老年斑。Aβ由跨膜蛋白β-淀粉样蛋白前体蛋白（amyloid-β precursor protein，APP）经过β-和γ-分泌酶依次酶切产生。最新研究表明，选择性抑制5-脂氧化酶(5-lipoxygenase，5-LO)的表达能明显降低γ-分泌酶的活性，减少AD转基因小鼠脑内Aβ的产生和老年斑形成。但是5-LO参与的γ-分泌酶活性调控与花生四烯酸系统的5-LO代谢途径无关，5-LO可能通过直接调节神经元γ-分泌酶的一个或多个亚基(PS、NCT、APH-1和PEN-2)，最终参与γ-分泌酶活性的调节和Aβ的分泌与沉积。本研究建立了高表达5-LO的AD转基因小鼠模型和5-LO基因转染细胞模型，分析了5-LO参与AD小鼠脑内β-淀粉样蛋白产生沉积的相关机制。主要研究结果如下：5-LO高表达小鼠脑内的γ-分泌酶活性升高，四个亚基表达增多，从而使小鼠脑内的β-淀粉样蛋白生成增多，老年斑沉积增多，小鼠的学习记忆能力下降，本能的生活行为能力下降；进一步在细胞水平的研究发现，转染5-LO能够明显升高APPsw细胞内γ-分泌酶四个亚基的核酸和蛋白水平，导致Aβ的生成增多。此外，本研究还证实5-LO高表达能够促进AD小鼠脑内的星形胶质细胞及小胶质细胞等炎症细胞大量活化侵润、聚集在老年斑的周围，进一步加剧了AD小鼠脑内的细胞损伤。本研究揭示了AD病人脑内5-LO代谢紊乱参与β-淀粉样蛋白病理性沉积，进而引起神经细胞凋亡、记忆能力下降的分子机制，为寻找阿尔茨海默病防治的新靶点提供了理论基础。