腺苷A2A受体调控tau蛋白过度磷酸化在脑创伤后认知障碍中的作用机制及治疗意义

Traumatic brain injury may cause cognitive dysfunction many years after the accident. Recently the results of many studies show that this kind of cognitive dysfunction is closely related to axoplasmic transportation defect caused by hyperphosphorylation of tau protein. It is still unclear which receptors cause tau protein's hyperhosphroylation and how tau protein affects the axoplasmic transportation. Adenosine A2A receptor is activated after traumatic brain injury. And activation of Adenosine A2A receptor may also cause cognitive dysfunction. We suppose it is Adenosine A2A receptor activated by large amount of adenosine released after TBI caused hyperphosphroylation of C terminal of tau, C terminal work with other phosphroylation sites together and finally result in cognitive dysfunction. We will study the mechanism of how Adenosine A2A receptors' activation caused C terminal of tau protein hyperphosphroylated. Then bring out and prove it is the hyperphosphroylated tau combine with other microtubule associated proteins along the microtubule and block axoplasmic transportation. By giving caffeine and using Adenosine A2A receptor gene knock-out mice, we will prove the protective effect of inhibiting Adenosine A2A receptor after TBI to cognitive dysfunction. Our study will provide an important experimental help to the understanding of how cognitive dysfunction happened after TBI and to the apotropaic and therapeutic strategies of the cognitive dysfunction during neurodegenerative diseases.

脑创伤引起的慢性认知障碍越来越多见且治疗效果不佳。近年研究表明这种认知障碍与tau蛋白过度磷酸化使神经元功能受损密切相关。我们发现脑损伤后也有tau蛋白的过度磷酸化，但引起其磷酸化的上游受体、其损伤轴浆运输的具体方式仍不明确。已知脑创伤后腺苷A2A受体（A2AR）大量激活，而它的活化与认知功能密切相关。因此我们猜想脑创伤时大量产生的腺苷活化A2AR引起tau蛋白持续过度磷酸化，进而阻碍轴浆运输可能是其最终导致认知功能障碍的重要原因。本研究将从细胞和整体水平探索A2AR活化导致tau蛋白C端过度磷酸化的分子机制，证实tau蛋白过度磷酸化后与存在于微管上的其他微管相关蛋白结合阻碍轴浆运输这一新机制。通过给予A2AR阻滞剂以及组织特异性A2AR敲除小鼠证明抑制A2AR活化对脑创伤后认知障碍具有保护作用。这一机制和效应的证明将加深对脑创伤及认知障碍发生机制的认识，为早期预防、治疗提供实验依据。

脑外伤是以认知障碍为主要临床表现的神经退行性疾病发病的重要危险因素之一， tau 蛋白的过度磷酸化在脑损伤后认知功能障碍的发生、发展过程中都有十分重要的作用。 但是，何种因素使其在 TBI 后发生过度磷酸化反应， 其与长期持续的认知障碍关系如何， TBI 后 tau 蛋白磷酸化的变化特点， tau 蛋白磷酸化后以什么方式引起神经元功能障碍等等仍了解很少。. 本项目研究发现在中度创伤性脑损伤（TBI）中检测磷酸化tau蛋白，发现TBI后tau蛋白磷酸化水平升高，主要位点为Ser404。伤后24 h在伤侧皮层、海马、丘脑及对侧皮层、海马、丘脑即出现tau蛋白Ser404位点磷酸化水平升高。行为学结果显示空间参考记忆及工作记忆功能障碍的出现与过度磷酸化tau蛋白在认知功能关键脑区出现的时间相符。以上结果提示TBI可以在较短时间内引起工作记忆神经环路内过度磷酸化tau蛋白的堆积，损伤相关脑区神经元功能，是伤后慢性期认知功能出现障碍的重要原因。通过药理学（A2AR特异性拮抗剂ZM241385、非特异性拮抗剂咖啡因）及基因敲除手段探讨A2AR调控TBI后tau蛋白磷酸化水平的分子机制以及抑制A2AR对认知功能的保护作用。结果表明A2AR基因敲除可以改善TBI后小鼠空间参考记忆及工作记忆损伤。慢性口服咖啡因可以得到更好的保护空间工作记忆的效果。A2AR调控tau蛋白磷酸化水平的途径包括：（1）通过激活PKA进而易化GSK-3β对tau蛋白Ser404的磷酸化作用；（2）敲除A2AR可以直接导致GSK-3β抑制性磷酸化位点Ser9磷酸化水平的升高，降低tau蛋白磷酸化水平。 . 我们的研究表明TBI后一方面对侧海马A2AR激活通过PKA/GSK-3β途径促进细胞内tau蛋白磷酸化水平升高，产生了tau蛋白传播的“种子”；另一方面星形胶质细胞的A2AR可能通过引起AQP4分布极性紊乱，导致星形胶质细胞水流介导的物质清除功能障碍，胞外tau蛋白的堆积，成为磷酸化tau蛋白扩散至临近细胞形成局部扩散的危险因素。以上机制的阐明为以A2AR为靶点多环节抑制和减少Tau蛋白磷酸化治疗与预防TBI后快速出现并进行性恶化的认知功能障碍提供了重要的实验依据。