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在揭開阿爾茨海默?。ˋD）神秘面紗的過程中，科學(xué)家們長(zhǎng)期關(guān)注淀粉樣β（Aβ）斑塊的作用和淀粉樣前體蛋白（APP）的突變。然而，最近的研究揭示了APP功能的另一個(gè)方面，它可能在疾病的早期階段發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。比利時(shí)的一個(gè)研究小組調(diào)查了過表達(dá)野生型人類APP對(duì)GABA能傳導(dǎo)的影響，這是大腦抑制信號(hào)傳遞的一個(gè)關(guān)鍵過程（可參考文獻(xiàn)：Overexpression of wild-type human amyloid precursor protein alters GABAergic transmission）。 以前的研究結(jié)果表明，APP過度表達(dá)可導(dǎo)致小鼠網(wǎng)絡(luò)過度興奮和癲癇樣棘波，但具體機(jī)制尚未完全清楚。新研究以這些發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，探討了APP在γ-氨基丁酸（GABA）能傳導(dǎo)中的作用。具體來說，研究人員調(diào)查了介導(dǎo)GABA抑制作用的GABA A型受體（GABAARs）和GABA B型受體（GABABRs）的表達(dá)和功能。通過使用過表達(dá)野生型人類APP的小鼠模型，研究人員深入了解了APP如何影響神經(jīng)元功能，并強(qiáng)調(diào)了APP對(duì)阿爾茨海默?。ˋD）和唐氏綜合癥（DS）等神經(jīng)退行性疾病的潛在影響。 淀粉樣蛋白在神經(jīng)退行性疾病中的重要性APP 是一種高度保守的單通道跨膜蛋白。科學(xué)界仍在努力確定 APP 的確切生理作用，但我們確實(shí)知道它的新陳代謝產(chǎn)生了 Aβ 的前體，并在老年癡呆癥的發(fā)病過程中發(fā)揮了核心作用。Aβ肽是由β位點(diǎn)APP裂解酶（BACE1）和含presenilin的γ-分泌酶肽依次裂解APP產(chǎn)生的，此時(shí)它們可以聚集成不溶性的淀粉樣纖維，形成淀粉樣斑塊，導(dǎo)致神經(jīng)變性，這是AD病理生理學(xué)的標(biāo)志。 雖然注意力缺失癥的研究歷來側(cè)重于 Aβ 斑塊在疾病進(jìn)展中的作用，但越來越多的證據(jù)表明，突觸功能障礙發(fā)生在注意力缺失癥的早期，而且可以獨(dú)立于淀粉樣蛋白斑塊的形成而發(fā)生與淀粉樣蛋白斑塊的形成無關(guān)（可參考文獻(xiàn)：Impairments of neural circuit function in Alzheimer's disease）。針對(duì)Aβ斑塊形成或淀粉樣蛋白沉積的臨床試驗(yàn)基本上都不成功，這一點(diǎn)在這些臨床試驗(yàn)中體現(xiàn)得最為明顯。雖然使用阿杜單抗等單克隆抗體藥物治療Aβ斑塊的前景看好，但其療效仍有待商榷。 但是，APP 的作用遠(yuǎn)不止于注意力缺失癥：它還與 DS 有關(guān)，DS 是一種神經(jīng)退行性疾病，其特征是 21 號(hào)染色體的三倍體。DS患者罹患注意力缺失癥的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，同時(shí)還伴有癲癇發(fā)作活動(dòng)和癲癇。AD和DS之間重疊的神經(jīng)病理學(xué)表明，至少存在一些共同的致病機(jī)制，這些機(jī)制可能與APP有關(guān)--APP在調(diào)節(jié)興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)之間的平衡中發(fā)揮著重要作用。值得注意的是：在小鼠模型中，導(dǎo)致腦電圖異常的是 APP 的過度表達(dá)，而不是 Aβ 的過度產(chǎn)生，如 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過度興奮（可參考文獻(xiàn)：Genetic Suppression of Transgenic APP Rescues Hypersynchronous Network Activity in a Mouse Model of Alzeimer's Disease）和癲癇樣電波（可參考文獻(xiàn)：Behavioral and neural network abnormalities in human APP transgenic mice resemble those of App knock-in mice and are modulated by familial Alzheimer’s disease mutations but not by inhibition of BACE1）。顯然，APP的表達(dá)水平值得進(jìn)一步研究。 APP、GABA和神經(jīng)傳遞如果我們看一下興奮性神經(jīng)傳遞，APP會(huì)調(diào)節(jié)N-甲基-D-天冬氨酸受體（NMDAR）的販運(yùn)和表面表達(dá)，NMDAR是突觸可塑性、學(xué)習(xí)和記憶中的一個(gè)關(guān)鍵角色。值得注意的是，激活 NMDAR會(huì)降低 APP的表面表達(dá)，從而促進(jìn)淀粉樣蛋白的生成。在過量表達(dá)野生型 APP 的小鼠以及表達(dá)瑞典雙突變 APP 的小鼠中，α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體（AMPAR）在神經(jīng)元中的表達(dá)和功能會(huì)降低，這與人類的早發(fā)性阿爾茨海默病（EOAD）相似。 另一方面是抑制性神經(jīng)傳遞，其中的主要角色是 GABA，通過 GABAARs 和 GABABRs 發(fā)揮作用。GABAAR 介導(dǎo)的反應(yīng)取決于細(xì)胞內(nèi)的氯離子濃度，而氯離子濃度則受氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)體的調(diào)節(jié)。Na+-K+-2Cl- 共轉(zhuǎn)運(yùn)體 NKCC1 和 K+-Cl- 共轉(zhuǎn)運(yùn)體 KCC2 之間的平衡會(huì)影響神經(jīng)元膜上的 Cl- 梯度，進(jìn)而影響 GABAAR 介導(dǎo)的抑制反應(yīng)。這些轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)或功能的任何變化都會(huì)破壞 GABA 能抑制。值得注意的是，在神經(jīng)元成熟過程中，NKCC1 和 KCC2 的表達(dá)水平會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致 GABA 能信號(hào)從興奮性轉(zhuǎn)向抑制性，這也被稱為GABA 轉(zhuǎn)移。 比利時(shí)研究小組此前的研究表明，在大腦皮層細(xì)胞培養(yǎng)物中過表達(dá)APP會(huì)下調(diào) KCC2 的表達(dá)，從而破壞 GABA 的轉(zhuǎn)變而 NKCC1 的水平不變，從而導(dǎo)致抑制性 GABA 反應(yīng)減弱。有趣的是，APP 能直接與 KCC2 相互作用，從而維持其在細(xì)胞表面的穩(wěn)定性和功能。 此外，APP 在 GABA 能中間神經(jīng)元中高度表達(dá)，是 GABABR 復(fù)合物的一部分。APP 與BGABABRs的結(jié)合可促進(jìn)它們的軸突運(yùn)輸、表面表達(dá)和突觸前抑制；這種相互作用還可保護(hù)APP免受BACE1的淀粉樣蛋白分解。.此外，可溶性 APP（淀粉樣蛋白生成和非淀粉樣蛋白生成裂解途徑的產(chǎn)物）已被證明能與突觸前 GABABRs結(jié)合、調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。 深入了解APP和GABA能信號(hào)傳導(dǎo)有鑒于此，比利時(shí)研究人員開始探索APP在GABA能信號(hào)傳導(dǎo)中的作用，而不依賴于Aβ斑塊和APP突變。他們廣泛使用了一種在PDGF啟動(dòng)子下過表達(dá)野生型人類APP（hAPPwt；I5系）的小鼠模型，該模型適度增加了APP的水平，但Aβ肽和淀粉樣斑塊的形成卻微乎其微。 研究人員計(jì)劃利用這種小鼠模型來揭示APP如何影響GABA能傳導(dǎo)的復(fù)雜機(jī)制，從而揭示APP在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用，并最終為了解潛在的病理生理學(xué)提供有價(jià)值的見解。這些發(fā)現(xiàn)可以為開發(fā)針對(duì)APP相關(guān)突觸功能障礙的新型治療方法鋪平道路，為治療涉及GABA能信號(hào)異常的疾病提供新的途徑。 APP過表達(dá)會(huì)影響認(rèn)知和行為研究人員從更宏觀的影響入手，發(fā)現(xiàn)在小鼠體內(nèi)過量表達(dá)APP會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元缺失和電生理異常。即使在沒有淀粉樣蛋白斑塊和Aβ水平較低的情況下，他們也能看到這些影響。為了補(bǔ)充這些數(shù)據(jù)，他們進(jìn)行了行為測(cè)試，以評(píng)估 hAPPwt 小鼠的認(rèn)知和情感功能。這些小鼠在完成空間工作記憶和空間參照記憶任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出認(rèn)知功能障礙。此外，hAPPwt小鼠還表現(xiàn)出焦慮的跡象，包括在新環(huán)境中探索行為的減少和對(duì)照明區(qū)域厭惡感的增加。 為了了解所觀察到的認(rèn)知障礙和神經(jīng)元改變背后的機(jī)制，研究人員進(jìn)行了體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估神經(jīng)元的興奮性和突觸可塑性。顱內(nèi)腦電圖（EEG）記錄顯示，hAPPwt小鼠出現(xiàn)異常尖峰和過度興奮，使用突觸前GABABR激動(dòng)劑治療后可緩解這種情況。體外場(chǎng)電位記錄顯示，hAPPwt小鼠的短期促進(jìn)作用增強(qiáng)，長(zhǎng)期電位（LTP）增強(qiáng)，這表明突觸傳遞發(fā)生了改變。 GABA水平與APP過度表達(dá)研究的主要發(fā)現(xiàn)之一是，APP的過度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元過度興奮，表現(xiàn)為異常腦電圖模式和LTP增加。然而，研究人員未能觀察到GABA能（抑制性）或谷氨酸能（興奮性）受體系統(tǒng)成分或GABA生成能力發(fā)生任何顯著變化。研究人員通過西部印跡法研究了海馬 GABA 蛋白水平，使用的抗體包括 Anti-GABA(A) α1 Receptor (extracellular) Antibody (#AGA-001), Anti-GABA(A) α3 Receptor (extracellular) Antibody (#AGA-003), 和 Anti-GABA(A) α5 Receptor Antibody (#AGA-025)（圖 1）。 然而，研究結(jié)果表明，hAPPwt小鼠海馬中的GABA水平有所下降（但谷氨酸的含量沒有變化）。進(jìn)一步的研究表明，GABA水平的降低可能是由于可溶性APP片段作用于突觸前GABABR，從而減少了GABA的釋放。施用GABABR拮抗劑成功地降低了興奮性，這表明所觀察到的興奮性增加是由于GABA含量降低所致。 過表達(dá) APP 蛋白水平的變化
APP過表達(dá)時(shí)的結(jié)構(gòu)變化除了神經(jīng)傳遞的變化和對(duì)行為的影響，研究還調(diào)查了海馬的結(jié)構(gòu)變化。對(duì)大腦切片的 Nissl 染色顯示，hAPPwt 小鼠的海馬體變薄，并伴有神經(jīng)元死亡（經(jīng) caspase-3 陽(yáng)性染色證實(shí)），尤其是在 CA1 區(qū)域（圖 2）。 重要的是，該研究強(qiáng)調(diào)，在沒有明顯淀粉樣斑塊形成且 Aβ 水平較低的情況下，也能觀察到這些效應(yīng)。 APP過表達(dá)誘導(dǎo)大腦結(jié)構(gòu)變化
APP在無淀粉樣斑塊情況下的作用這項(xiàng)引人入勝的研究旨在探索在沒有突變或淀粉樣斑塊形成的情況下，APP如何調(diào)節(jié)興奮性和抑制性神經(jīng)傳遞。借助過量表達(dá)中等水平野生型人類APP的小鼠模型，研究人員發(fā)現(xiàn)海馬區(qū)錐體細(xì)胞減少，并伴有表明細(xì)胞死亡的Caspase陽(yáng)性細(xì)胞。這些發(fā)現(xiàn)表明，GABA能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元都可能受到影響。過量表達(dá) hAPPwt 還會(huì)導(dǎo)致成人神經(jīng)發(fā)生受損，并在腦電圖記錄中檢測(cè)到異常的同步尖峰活動(dòng)，即使在 Aβ 水平較低且沒有淀粉樣斑塊形成的情況下也是如此。 結(jié)果似乎表明，hAPPwt 及其非淀粉樣蛋白代謝物導(dǎo)致了所觀察到的異常和過度興奮，這支持了之前對(duì)的觀察結(jié)果。研究還發(fā)現(xiàn)，hAPPwt小鼠的APP胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（AICDs）和磷酸化tau水平升高，這可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)變性和興奮性升高。 這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了APP在突觸部位的存在，表明它在影響神經(jīng)傳遞方面的作用。具體而言，研究發(fā)現(xiàn) hAPPwt 小鼠 GABA 受體亞基的表達(dá)發(fā)生了改變，包括與非條件焦慮相關(guān)的 α2 亞基的增加。GABA 能信號(hào)傳導(dǎo)的平衡受陽(yáng)離子-氯化物轉(zhuǎn)運(yùn)體的調(diào)節(jié)，而之前的研究表明 APP過表達(dá)會(huì)影響KCC2的表達(dá)。而本研究卻出人意料地發(fā)現(xiàn)，在 hAPPwt 小鼠中，KCC2 和 NKCC1 的水平保持穩(wěn)定。 如果我們把目光轉(zhuǎn)向 GABA，研究就會(huì)發(fā)現(xiàn) APP 與抑制性 GABABR 之間的相互作用。APP-GABABR1a復(fù)合物的形成保護(hù)了APP免受裂解，并減少了Aβ的產(chǎn)生。研究還發(fā)現(xiàn)，在hAPPwt小鼠中，可溶性APP片段（sAPPα和sAPPβ）的產(chǎn)生增加，這些片段與GABABR1a結(jié)合，減少了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。 總之，這項(xiàng)引人入勝的研究強(qiáng)調(diào)了APP在GABA能傳導(dǎo)中的作用，與淀粉樣斑塊或突變無關(guān)，并強(qiáng)調(diào)了增強(qiáng)GABA能抑制以預(yù)防早期癲癇發(fā)作和神經(jīng)元過度興奮的潛力。這有助于我們了解神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的突觸功能障礙，并可能為開發(fā)針對(duì)與APP相關(guān)的興奮和抑制信號(hào)異常的治療方法提供新的見解。 部分相關(guān)推薦試劑GABA(A) 受體：
谷氨酸受體： 陽(yáng)離子偶聯(lián) Cl- 轉(zhuǎn)運(yùn)體： 研究靶點(diǎn)探索工具包：
關(guān)于Alomone Alomone是來自以色列的離子通道專家，提供與離子通道和膜蛋白（TRP通道、鈉/鉀/鈣通道、水通道、GPCRs）相關(guān)的抗體、拮抗劑/激動(dòng)劑（小分子化合物和毒素）、神經(jīng)生長(zhǎng)因子等。 優(yōu)寧維作為Alomone在中國(guó)區(qū)的獨(dú)家授權(quán)代理商，建立了中國(guó)現(xiàn)貨庫(kù)，為廣大客戶帶去更快的物流，更好的服務(wù)。 上 |
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圖2.雄性 hAPPwt 和年齡匹配的對(duì)照組動(dòng)物在 3-24 個(gè)月大時(shí)海馬 CA1 區(qū)的形態(tài)學(xué)變化。
