β-arrestins调节小胶质细胞M1/M2表型转化及其在阿尔兹海默病进程中的作用

A number of studies have demonstrated that the microglia phenotypes transition plays an important role in the pathogenesis of Alzheimer’s disease (AD). Our previous study showed thatβ-arrestin1 and β-arrestin2, G protein coupled receptors (GPCR) regulatory proteins, enhanced or inhibited the neuroinflammation in glial cells. Therefore, we assumed that β-arrestins could regulate the M1/M2 transition of microglial and might be a new target for delaying the progression of AD. The CRISPR/Cas9 genome editing technology, intracerebral administration of viral vectors and APP/PS1 transgenic mice were used to evaluate the effects and mechanism of β-arrestin1 and β-arrestin2 on microglial phenotypes and the balance between β-arrestin1 and β-arrestin2. Moreover, the roles of microglial phenotypes mediated by β-arrestins in the pathological process of AD were further investigated. These findings will demonstrate that the new mechanism of the neuropharmacological effects of β-arrestins, and offer a new therapeutic option for developing anti-AD drugs which targeted neuroinflammation.

现有的研究证据表明小胶质细胞表型的转化在阿尔茨海默病（AD）发病过程中发挥着重要的作用。申请者前期研究发现G蛋白偶联受体调节蛋白β-arrestins（包括β-arrestin1和β-arrestin2）参与胶质细胞介导的炎症过程并起着不同的作用。因此，我们推测β-arrestins可能调节小胶质细胞M1/M2表型转化，并可能是延缓AD进程的新策略。为验证该假设，本项目拟应用CRISPR/Cas9基因编辑技术和脑内注射慢病毒等技术手段及APP/PS1转基因小鼠模型，研究β-arrestin1和β-arrestin2对小胶质细胞表型变化的调节作用和分子机制以及两者可能存在的平衡调节现象并探讨β-arrestin调节的小胶质细胞表型转化在AD病理过程中的作用。预期研究结果不仅有望揭示β-arrestins神经药理作用新机制，而且为发展靶向神经炎症的抗AD药物提供新的策略。

神经炎症是帕金森病（PD）重要的病理特征，小胶质细胞作为参与神经炎症的关键细胞，其表型的变化在PD的病理过程中起着关键的作用。β-arrestins（ARRBs）包括β-arrestin1（ARRB1）和β-arrestin2（ARRB2）是G蛋白偶联受体的下游信号分子，介导多种生理和病理过程。但ARRBs是否能调节小胶质细胞M1/M2表型转换并参与PD的发病机制，国内外尚无报道。本课题利用分子生物学、细胞生物学和PD动物模型等技术手段，探讨ARRBs对小胶质细胞M1/M2表型转化的调节作用及其机制以及该作用对PD病理进程的影响。经过3年的研究，成果如下：.（1）在炎症和毒性引起的两种PD小鼠模型中脑组织和小胶质细胞上ARRB1的表达增加，而ARRB2的表达减少。敲除ARRB1或敲减小胶质细胞上的ARRB1缓解PD小鼠脑内多巴胺能（DA）神经元丢失、小胶质细胞激活和炎症反应；而敲除ARRB2或敲减小胶质细胞上的ARRB2则加重PD的病理过程。（2）在原代细胞的研究中我们发现ARRB1促进小胶质细胞向M1表型转换，抑制其向M2表型转换，从而加重小胶质细胞对DA神经元的损伤；而ARRB2抑制小胶质细胞向M1表型转换，促进其向M2表型转换，从而缓解小胶质细胞对DA神经元的损伤。（3）ARRB1和ARRB2能相反的调节NF-κB和STAT1及STAT6通路的激活，这些通路分别介导了ARRB1和ARRB2调节小胶质细胞M1和M2表型的相反作用。转录组测序发现Nprl3和Samd4分别是ARRB1和ARRB2相反的调节小胶质细胞M1和M2表型转换的关键下游信号分子。.总之，ARRB1和ARRB2通过影响NF-κB、STAT1通路的激活和Nprl3的表达以及STAT6通路的激活和Samd4的表达相反的调节小胶质细胞M1和M2表型的转换；小胶质细胞上的ARRB1和ARRB2分别加剧和缓解小胶质细胞对DA神经元的损伤，进而介导PD的发展过程。因此，小胶质细胞上的ARRB1和ARRB2参与了PD的病理过程，它们调节的小胶质细胞表型在PD的发病机制中起着十分关键的作用。ARRB1和ARRB2有望成为开发PD药物的潜在靶点，我们的研究成果为以后针对PD的药物开发和临床治疗提供新思路。