興奮性突觸傳遞對tau蛋白表達和磷酸化的影響及其在阿爾茨海默病發(fā)病中的作用.pdf

1、興奮性突觸傳遞是神經(jīng)元最基本的功能,NMDA受體(N-Methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)是神經(jīng)系統(tǒng)中最主要的興奮性離子型受體之一,其在學習記憶,突觸可塑性,神經(jīng)發(fā)育等方面具有重要作用,但 NMDA受體過度激活導致谷氨酸聚集于突觸間隙所誘導的神經(jīng)毒性作用也是許多神經(jīng)退行性疾病的共同發(fā)病機制。阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是成人癡呆癥最主要的病因,其中tau蛋白過度磷酸化和聚集

2、是AD腦內(nèi)的主要病理特征之一。興奮性突觸傳遞與tau病變之間的聯(lián)系目前少見報道。本研究探討了谷氨酸能興奮性突觸傳遞增強對tau蛋白表達和磷酸化的影響及其在AD樣神經(jīng)退行性變中的作用。
　　本文第一部分探討了短時間突觸傳遞增強對tau蛋白磷酸化的影響和內(nèi)在機制。成人腦內(nèi)約有一半的谷氨酸能神經(jīng)元是谷氨酸-鋅能神經(jīng)元,即突觸興奮時鋅離子與谷氨酸一起釋放至突觸間隙。本研究闡明了谷氨酸-鋅能神經(jīng)元興奮時突觸釋放的鋅離子通過抑制蛋白磷酸酯酶2

3、A(Protein phosphatase2A,PP2A)的活性導致tau蛋白過度磷酸化。從理論上解釋了谷氨酸-鋅能神經(jīng)元在大腦中的分布區(qū)域(海馬,杏仁核,內(nèi)嗅皮層及顳葉皮層區(qū)域)與過度磷酸化tau蛋白聚集形成的神經(jīng)元纖維纏結(Neurofibrillary tangles,NFTs)的分布相重疊的可能機制,為鋅穩(wěn)態(tài)失衡參與AD發(fā)病提供了新線索,也為臨床干預tau相關病變提供了新靶點。
　　本文第二部分探討了NMDA受體慢性激活時

4、,特別是突觸外NMDA受體(Extrasynaptic NMDA receptor,E-NMDAR)激活后對tau蛋白的作用。首次報道突觸外NMDA受體慢性激活后可導致總tau蛋白、磷酸化及非磷酸化tau蛋白水平均顯著增加,tau的mRNA水平也明顯增加,突觸內(nèi)NMDA受體激活時tau蛋白表達則無明顯變化。在敲除tau蛋白的小鼠神經(jīng)元中激活E-NMDA受體,與野生型神經(jīng)元相比神經(jīng)元死亡減少,生存信號分子ERK活性增高,磷酸化CREB水平

5、也明顯升高,神經(jīng)元活性得以保存。研究證明了突觸外NMDA受體激活通過tau蛋白過度表達對神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用,E-NMDA受體可能成為治療AD等tau相關疾病的干預靶點。
　　總而言之,本研究著重闡明了谷氨酸能突觸傳遞增強對神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白表達及磷酸化的長期和短期作用,其結果為NMDA受體過度激活在阿爾茨海默病發(fā)病中的病理作用機制提供了全新資料。
　　第一部分
　　突觸傳遞釋放的鋅通過抑制蛋白磷酸酯酶2A導致tau蛋白

6、過度磷酸化
　　在阿爾茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)病人腦中,過度磷酸化的微管相關蛋白tau是神經(jīng)元纖維纏結(Neurofibrillary tangles, NFTs)的主要成分,而神經(jīng)元纖維纏結主要分布于富含鋅離子的谷氨酸-鋅能神經(jīng)元所在的部位如海馬、內(nèi)嗅皮層、杏仁核等,提示谷氨酸-鋅能神經(jīng)元突觸傳遞釋放的鋅離子可能參與了tau蛋白的磷酸化。為了驗證這種假說,我們在體外培養(yǎng)的大鼠海馬腦片及原代神經(jīng)元用

7、谷氨酸或Bic/4-AP處理來模擬突觸興奮性增強,采用鋅離子螯合劑螯合突觸釋放的鋅,探討了突觸傳遞釋放的鋅在tau蛋白磷酸化中的作用。實驗結果顯示,谷氨酸或Bic/4-AP處理后,tau蛋白在 Ser396,Ser404,Thr231,Thr205等AD相關的位點發(fā)生過度磷酸化,而預先用細胞內(nèi)或細胞外鋅離子鰲合劑處理,或通過移除細胞外液中的鈣離子來阻斷突觸鋅離子的釋放均可逆轉由突觸興奮性增高導致的tau蛋白過度磷酸化。通過檢測培養(yǎng)基中鋅

8、離子濃度,我們證實了在兩種突觸興奮性增高的模型中鋅離子的釋放。外源性地給予硫酸鋅處理,也導致海馬腦片的tau蛋白過度磷酸化。進一步對tau蛋白過度磷酸化的機制進行探討發(fā)現(xiàn),突觸興奮性增高導致tau蛋白過度磷酸化時伴隨蛋白磷酸酯酶2A(Protein phosphatase2A,PP2A)的活性下降,且用鋅的鰲合劑預孵育可逆轉PP2A的失活。以上實驗結果表明:突觸間隙釋放的鋅離子通過抑制蛋白磷酸酯酶2A導致tau蛋白過度磷酸化,AD腦中谷

9、氨酸-鋅能神經(jīng)元鋅穩(wěn)態(tài)失衡可能參與了AD患者腦中PP2A失活和tau相關病變的發(fā)生。
　　第二部分
　　突觸外NMDA受體對tau蛋白表達的影響及其在神經(jīng)退行性變中的作用
　　神經(jīng)系統(tǒng)中,突觸內(nèi)外NMDA受體在調(diào)節(jié)突觸可塑性、基因表達及神經(jīng)元命運方面有不同的作用。突觸外NMDA受體(extrasynaptic NMDA receptors, E-NMDARs)激活可導致神經(jīng)元死亡和神經(jīng)退行性變,但其內(nèi)在機制尚未完全闡明

10、。在本研究中,我們利用培養(yǎng)的原代皮質神經(jīng)元模型,首次報道E-NMDAR受體激活后可導致總的,磷酸化及非磷酸化的tau蛋白水平增加,tau蛋白mRNA水平也明顯增加,伴隨神經(jīng)元活性下降和軸突退行性變。選擇性的E-NMDAR受體拮抗劑美金胺可逆轉E-NMDAR受體激活所導致的tau蛋白表達增加。在敲除tau蛋白的小鼠神經(jīng)元中激活E-NMDA受體,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元死亡較野生型神經(jīng)元減少,生存信號分子ERK活性增高,磷酸化CREB水平也明顯升高。以上