脑深部电刺激通过Apelin-13/APJ/NLRP3信号轴减轻AD小鼠海马神经元焦亡机制的研究

Pyroptosis is a kind of important mechanism of neuronal injury in Alzheimer’s disease (AD). Thus, the treatment target to neuronal pyroptosis can elicit neuroprotective effects. Our previous study reveals that deep brain stimulation alleviates oxidative stress; the latter is an important trigger of pyroptosis. Meanwhile, our preliminary experiment demonstrated DBS down-regulated NLRP3 inflammasome, indicating SNHG1 may alleviate pyroptosis. It is also revealed in our studies that DBS and Apelin-13 regulates PI3K/Akt and ERK pathways, which are closely related to NLRP3. Therefore, we hypothesize that DBS may increase Aplin-13 expression, which can regulate PI3K/Akt and ERK pathways by binding with the similar up-regulating APJ. This effect may further act on certain inflammasome (possibly NLRP3), leading to neuronal pyroptosis alleviation in the hippocampus. The current study validates the above hypothesis step by step. Methodologically, we perform a multi-level and systematic detection of neuronal pyroptosis, especially apply a dynamic observation using time-lapse micrography. Furthermore, we use hippocampal brain slice culture deriving from adult AD mice in the in vitro experiment, which can better match the long-term DBS in the in vivo experiment.

细胞焦亡是阿尔茨海默病（AD）的一种重要的神经元损伤机制，以神经元焦亡为靶点的治疗可更好发挥神经保护作用。我们既往的研究显示，脑深部电刺激（DBS）可在AD小鼠中减轻氧化应激，后者是细胞焦亡的重要诱发因素。同时，我们的预实验显示，DBS可下调NLRP3炎症小体，提示其可能具有减轻焦亡的效应。我们的前期研究表明，DBS和Apelin-13均可调节PI3K/Akt和ERK通路，而这两个通路与NLRP3关系密切。因此，我们推测，DBS可上调AD小鼠Aplin-13，与同样表达升高的APJ相结合，调节PI3K/Akt和ERK通路，作用于某种炎症小体（可能是NLRP3），从而发挥减轻海马神经元焦亡的作用。本课题在方法学上，多层次系统性检测神经元焦亡，特别是应用延时显微摄像技术进行动态观察，同时在离体实验中，使用成年AD小鼠海马脑片长期培养，和在体实验中长期DBS相匹配，更加合理地有效地研究焦亡假说。

阿尔茨海默病（AD）是老年性痴呆的最常见原因，其疾病负担日益加重，但目前仍缺乏有效的治疗手段。细胞焦亡是AD的一种重要的神经元损伤机制，以之为靶点的治疗可更好发挥神经保护作用。本项目主要研究脑深部电刺激（DBS）是否通过Apelin-13/APJ系统，发挥减轻AD小鼠海马神经元焦亡的作用，并探索其中的信号通路。在方法学上，多层次系统性检测神经元焦亡，并使用在体和离体模型相结合，更加合理地有效地研究焦亡假说。我们首先通过不同参数的对比，研究Meynert基底核（NBM）- DBS治疗APP/PS1小鼠的最佳刺激参数，发现从4月龄开始，以100 Hz为刺激频率，刺激21天时，小鼠在行为学实验，包括Morris水迷宫和新物体识别实验中表现最佳，且Aβ及Tau病理程度最轻，故该参数为最佳刺激参数。我们进一步发现，使用该参数进行DBS可以下调焦亡相关标志物GSDMD，并下调caspase-1表达。同时，DBS下调炎症小体NLRP3，对其他炎症小体无作用。DBS可进一步下调细胞因子IL1β和IL-18水平及海马NeuN/GSDMD双阳性细胞数量。通过加入Apelin-13 siRNA、APJ抑制剂F13A和外源性Apelin-13，发现Apelin-13/APJ激活ERK和PI3K/Akt通路，通过与DBS相同的途径，影响海马神经元焦亡，在体和离体实验结果相一致。同时，DBS可以上调Apelin-13和APJ的表达，Apelin-13 siRNA和F13A均可抑制DBS减轻神经元焦亡的效应。综上，NBM-DBS通过上调Apelin-13/APJ表达，进而激活ERK和PI3K/Akt通路，进一步通过caspase-1/NLRP3/IL1β, IL-18途径减轻AD小鼠海马神经元焦亡。相关结果可为DBS作用于AD小鼠的神经保护作用提出新的假说和作用靶点，以期为AD的新型治疗手段开拓思路。