PrPc在Aβ形成和其造成的突触可塑性改变中的作用机制

One of the pivotal characteristics of Alzheimer's disease (AD) is excessive β-amyloid deposition (Aβ) which may give rise to neurodegenerative diseases. Cellular prion protein (PrPc) has significant physiological functions in the nervous system and can reduce the formation of Aβ by inhibiting β-secretase cleavage of Aβ precursor protein (APP); however, it is also one of the important receptors for Aβ, under pathological conditions, Aβ-PrPc disrupts synaptic plasticity by activating N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR). Our recent studies indicate that PrPc is essential for the RE1 silencing transcription factor (REST)-dependent developmental switch in synaptic NMDA receptors and distribution of mitochondria. The different researches of PrPC prompted us to study the clear role of PrPc in the formation of Aβ and its induced disruption of synaptic plasticity in AD, exploring whether the above phenomenon is a negative feedback mechanism in the neural circuit. 8 lentiviral vectors targeting different functional domains of PrPc are overexpressed in primary neurons of PRNP knockout mice, after incubated by Aβ42, the expressions of APP, REST-NMDAR and synapse-related proteins are detected in diverse primary neurons samples. After selecte the relatively effective PrPc polypeptides, the 5XFAD transgenic AD mice model are treated with these polypeptides and analysis for ethology, neuroelectrophysiology, histopathology, target proteins expression and change in density of dendritic spines . Confirming the regulatory mechanisms of PrPc could provide research basis and novel therapeutic targets against AD.

在AD中，过多的Aβ沉积可能是神经退行性病变主因之一。细胞型朊蛋白(PrPc)具有重要神经保护功能，可抑制β-分泌酶剪切Aβ前体蛋白(APP)形成Aβ；而它又是寡聚型Aβ关键受体之一，Aβ-PrPc可以激活NMDAR，破坏突触可塑性。我们最近的研究表明PrPc能够调节抑制元件沉默性转录因子(REST)依赖型NMDAR的转变和线粒体分布，维持突触及神经元内稳态。我们进而研究PrPc在Aβ形成和其造成的突触可塑性改变中的明确作用，探讨上述是否为神经环路负反馈调节。我们利用慢病毒载体，在PRNP敲除鼠的原代皮质和海马神经元中分别过表达PrPc的8段不同序列，Aβ42孵育前后，检测APP，REST-NMDAR和突触相关蛋白表达；从中筛选相对有效的PrPc多肽并作用于5XFAD转基因AD模型小鼠，分析其行为学、神经电生理、组织病理、靶蛋白表达和树突棘密度变化等，以期为临床缓解或治疗AD提供研究基础。

阿尔茨海默病(AD)是一种无法治愈的神经退行性疾病，其病理特征是不可逆的神经系统进行性损伤和认知障碍。因此，在β淀粉样蛋白斑块沉积发生之前筛选出合适的候选生物标志物对于AD的早期干预非常重要。我们收集早期阿尔茨海默小鼠模型（5XFAD小鼠）尿液外泌体，基于蛋白质组学、microRNA(miRNA)的测定、生物信息学分析、多反应监测(MRM)、ddPCR、免疫印迹(WB)和酶联免疫吸附试验（ELISA），寻找并验证早期可以鉴定AD的标志物。实验结果表明膜联蛋白 2（Annexin 2）和凝聚素（Clusterin），在 5XFAD 小鼠脑组织的β淀粉样蛋白斑块沉积形成之前（1 月龄）和疾病过程中即显示出显著性差异表达。本研究采用液相色谱-串联质谱法共鉴定到 316 个蛋白质，其中包括 44 个脑组织来源的细胞标记物， AOAH、Clusterin 和 Ly86也是首次在 AD 小鼠模型中被发现的可作为脑组织来源的细胞标记物，提示5XFAD 的尿液外泌体和脑组织病变具有潜在联系。另外有48个差异表达miRNA(18个上调，30个下调)，其中miR-196b-5p、miR-339-3p、miR-34a-5p、miR-376b-3p、miR-677-5p和miR-721 -6个miRNA被预测显示与AD发病密切相关的基因靶点和重要信号通路。综上，尿外泌体蛋白和miRNA在Aβ斑块沉积前的5XFAD小鼠模型中表达存在差异。这些外泌体可能成为潜在的非侵袭性生物标志物，可作为AD早期生物标志物的可靠无创来源，未来可在临床应用中用于预防AD的发展。