β淀粉样蛋白调节囊泡谷氨酸转运体功能的研究

Alzheimer's disease (AD) is an irreversible, progressive brain disease and the most common cause of dementia among older people. The drugs now available to treat AD provide for some people symptomatic benefit, but there are no approved disease-modifying therapies. The AD etiology remains unknown or incomplete understanding now. Accumulated evidence indicates there are interactions between glutamatergic neurotransmission and APP metabolic process. However, a direct link between VGLUT and APP, the key molecular in the amyloid cascade hypothesis and glutamate excitotoxicity hypothesis respectively on AD etiology, has yet to be established. In order to investigate the direct link between VGLUT and APP/Aβ, the probability of colocalization between APP and VGLUT1 in normal physiological state will be observed in the normal adult mouse brain, neurons, astrocytes, microglia, and synaptic vesicles isolated in the present study. Then, the interactions between APP/A β and VGLUT1 will be tested using computer simulation, immunoprecipitation and biolayer interferometry technology. Furthermore, the regulation of A β on the VGLUT1 transporting glutamate into synaptic vesicle will be investigated based on purified synaptic vesicle and primary cultured neuron. At last, the mechanism underlying Aβ regulating VGLUT1 function will be disclosed based on the hypothesis that Aβ regulates VGLUT1 transporting glutamate by competing with Cl- at the site of allosteric regulation. Therefore, This study aims to reveal the interaction between VGLUT and APP/Aβ and clarify the specific mechanisms of A β regulating VGLUT1 function. It is important for the pathogenesis of AD and discovery of AD therapeutic target.

阿尔茨海默病(AD)发病机制不明,临床尚无有效治疗药物。大量研究表明,淀粉样蛋白(Aβ)与谷氨酸能神经传递通路多个环节相互作用在AD发病机制中发挥关键作用。但代谢产生Aβ的APP及Aβ与谷氨酸释放的控制源头囊泡谷氨酸转运体(VGLUT1)的相互作用并不清楚。为了研究APP/Aβ是否与VGLUT1存在相互作用,本课题首先观察APP与VGLUT1在脑组织、神经细胞、突触囊泡的共定位情况,其次采用计算机模拟、免疫共沉淀及生物膜干涉技术观察APP/Aβ与VGLUT1是否存在相互作用,接着基于神经元和纯化的突触囊泡观察Aβ对VGLUT1转运功能的调节作用,最后以Aβ可能和VGLUT1的变构激活子Cl-竞争结合进而调节VGLUT1活性为假说来揭示Aβ调节VGLUT1功能的具体机制。本课题将揭示Aβ是否调节以及调节VGLUT1功能的具体机制,可为AD发病机制的深入阐明和防治药物靶点的发现奠定基础。

谷氨酸（Glu）是哺乳动物脑中主要的兴奋性神经递质，通过与其受体作用，调节包括学习和记忆在内的几乎所有正常脑内的生理功能，中枢神经系统中任何引起胞外Glu浓度异常增高的病理变化都会产生兴奋性毒性。囊泡谷氨酸转运体（VGLUTs）的功能在于将囊泡外的Glu转运进入囊泡内，进而控制囊泡Glu的浓度，所以VGLUTs 的数量和功能活性就在很大程度上决定了突触间隙Glu的水平。VGLUT1的异常会导致兴奋性神经递质Glu的异常，从而诱发包括阿尔茨海默病（AD）在内的多种神经系统疾病。.在AD现有的发病机制中，Aβ级联反应学说占据核心地位，而据兴奋性毒性学说创制的药物美金刚（memantine）则在临床用于治疗中到重度AD患者。大量研究表明，APP的代谢产物Aβ与谷氨酸能神经传递通路多个环节相互作用从而在AD发病机制中发挥关键作用。但APP/Aβ与谷氨酸释放的控制源头VGLUT1的相互作用并不清楚。.本项目抓住谷氨酸释放的控制源头VGLUT1，研究APP/Aβ与VGLUT1的相互作用及其机制，目前已经发现APP和VGLUT1共定位于神经元、星形胶质细胞以及突触囊泡上，且APP与VGLUT1之间相互作用；敲降APP的表达，能够使VGLUT1的mRNA和蛋白表达上升，使APP过表达，则能够导致VGLUT1表达下降；基于阿尔茨海默病（AD）动物模型SAMP8小鼠的研究结果表明，脑中APP增多，一方面可能会引起降解VGLUT1的酶Caspase3的增加而造成突触前囊泡膜上VGLUT1减少；另一方面可能会导致突触后Glu受体减少、清除突触间隙Glu的转运体减少、Glu再合成减少，从而引起反馈，使得突触前囊泡膜上VGLUT1减少。该项目将继续进行Aβ调节VGLUT1摄取Glu的功能及具体机制的研究。.本项目对APP与VGLUT1之间存在相互作用及其机制的揭示，不但对于认知功能的具体生理过程及其调节机制的阐明具有深刻意义，而且可为AD等中枢神经系统疾病发病机制的深入阐明和防治药物靶点的发现奠定基础。.本项目共发表文章11篇，其中主题为本项目的有2篇中文核心期刊文章和1篇SCI收录期刊文章。与本项目相关的署有本项目编号的有3篇中文核心期刊文章和5篇SCI收录期刊文章。培养了2名硕士研究生、1名博士研究生。