興奮性突觸傳遞對tau蛋白表達(dá)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(xué)習(xí)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(dǎo)致谷氨酸聚集于突觸間隙所誘導(dǎo)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(jī)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(bào)道。本研究探討了谷氨酸能興奮性突觸傳遞增強(qiáng)對tau蛋白表達(dá)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(shí)間突觸傳遞增強(qiáng)對tau蛋白磷酸化的影響和內(nèi)在機(jī)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(shí)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(shí)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(dǎo)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(jié)(Neurofibrillary tangles,NFTs)的分布相重疊的可能機(jī)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(yù)tau相關(guān)病變提供了新靶點(diǎn)。
　　本文第二部分探討了NMDA受體慢性激活時(shí)

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(bào)道突觸外NMDA受體慢性激活后可導(dǎo)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(shí)tau蛋白表達(dá)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(dá)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(guān)疾病的干預(yù)靶點(diǎn)。
　　總而言之,本研究著重闡明了谷氨酸能突觸傳遞增強(qiáng)對神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白表達(dá)及磷酸化的長期和短期作用,其結(jié)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(jī)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(dǎo)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(guān)蛋白tau是神經(jīng)元纖維纏結(jié)(Neurofibrillary tangles, NFTs)的主要成分,而神經(jīng)元纖維纏結(jié)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(yàn)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(qiáng),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(shí)驗(yàn)結(jié)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(guān)的位點(diǎn)發(fā)生過度磷酸化,而預(yù)先用細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外鋅離子鰲合劑處理,或通過移除細(xì)胞外液中的鈣離子來阻斷突觸鋅離子的釋放均可逆轉(zhuǎn)由突觸興奮性增高導(dǎo)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(shí)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(dǎo)致海馬腦片的tau蛋白過度磷酸化。進(jìn)一步對tau蛋白過度磷酸化的機(jī)制進(jìn)行探討發(fā)現(xiàn),突觸興奮性增高導(dǎo)致tau蛋白過度磷酸化時(shí)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(yù)孵育可逆轉(zhuǎn)PP2A的失活。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dǎo)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(guān)病變的發(fā)生。
　　第二部分
　　突觸外NMDA受體對tau蛋白表達(dá)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(dá)及神經(jīng)元命運(yùn)方面有不同的作用。突觸外NMDA受體(extrasynaptic NMDA receptors, E-NMDARs)激活可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和神經(jīng)退行性變,但其內(nèi)在機(jī)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(zhì)神經(jīng)元模型,首次報(bào)道E-NMDAR受體激活后可導(dǎo)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(zhuǎn)E-NMDAR受體激活所導(dǎo)致的tau蛋白表達(dá)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