EMBO J：抗阿尔茨海默病突触功能障碍的潜在新靶

作者：张馨予

　　可溶性β-淀粉样肽(Aβ)引起的突触功能障碍是早期阿尔茨海默病(AD)的标志，与认知能力下降密切相关。通过未知的机制，Aβ抑制camp反应元件结合蛋白(CREB)的转录活性，CREB是细胞存活和可塑性相关基因表达的主要调节因子。近期《The Embo Journal》期刊发表了题为“Jacob-induced transcriptional inactivation of CREB promotes Aβ-induced synapse loss in Alzheimer’s disease”的文章，报道了Aβ在AD患者的大脑和小鼠海马神经元中诱导了Jacob的核胞质转运，Jacob是一种连接nmda受体衍生信号体与CREB的蛋白。Aβ调节Jacob的运输诱导CREB的转录失活，导致AD小鼠模型的突触损伤和丢失。小化合物硝苯胂酸选择性地阻碍Jacob/ LIM-only 4 (LMO4)/蛋白磷酸酶1 (PP1)信号体的组装，从而恢复CREB的转录活性。硝苯胂酸可预防AD小鼠模型突触可塑性损伤和认知能力下降。总的来说这些数据表明靶向Jacob蛋白诱导的CREB失活可作为对抗AD早期突触功能障碍的治疗途径。

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　　1.AD患者大脑CREB失活和pJacob水平降低

　　我们首先检测了AD患者死后组织中pJacob和pan Jacob的水平(患者信息见表EV1)，为该蛋白在人类AD病理中的潜在参与提供证据。与对照组相比，AD患者颞皮质核富集部分的免疫印迹并没有显示pan Jacob水平的显著降低(图EV1A-C)。然而，pJacob的水平显著降低了约40%(图1A、B和EV1A)，这表明突触NMDAR激活后Jacob的核输入减少，可能是以突触外NMDAR激活为代价的。意料之中的是，我们通过NeuN-免疫印迹法在AD患者中观察到明显的神经元损失(图EV1D和E)。由于Jacob与CREB不同，仅在神经元中检测到，我们可以将核Jacob的磷酸化归一化到总蛋白水平，并校正这些NeuN含量的值，以调整神经元细胞损失(图1C)。通过这种方法，我们观察到pJacob/Jacob比值的明显降低(图1C)，这与CREB失活的程度相关，这是我们在对neun阳性核(图1D-F和EV1F)进行FACS分选后确定的，因为CREB在胶质细胞和神经元中都有表达。综上所述，这些数据表明人类AD大脑中的CREB失活。此外，低水平的pJacob表明CREB失活和突变之间的功能联系是由Jacob介导的。

图1.Jacob在人类阿尔茨海默病(AD)和AD小鼠模型中与camp响应性元素结合蛋白(CREB)失活有关

　　2.Jacob蛋白和基因的敲除可预防Aβ毒性

　　Aβ低聚物可以以各种翻译后修饰的形式存在，其中n端截断的焦谷氨酰化Aβ3(pE)-42物种在AD患者的大脑中表现突出。先前的研究表明，Jacob可能在Aβ诱导的CREB失活中发挥作用，这种失活是由包含NMDAR的突触外GluN2B激活引起的，机制尚不清楚。在海马神经元中shRNA敲除Jacob确实阻止了500nmAβ1-42或Aβ3(pE)-42低聚物培养物处理诱导的CREB失活(图1G和H)。在Jacob/Nsmf敲除小鼠(-/-)或野生型同巢小鼠的有机型海马切片中也获得了类似的结果(图1I-K)。两种基因型的pCREB基础免疫荧光水平无差异;然而，与野生型小鼠不同，敲除小鼠的神经元没有出现Aβ1 -42诱导的CREB失活(图1J和K)。总CREB水平保持不变(图EV1G和H)。

　　3.Jacob基因敲除改善了转基因AD小鼠的神经元损失

　　我们接下来推断，在Jacob敲除小鼠中缺乏Aβ诱导的CREB失活可能对AD具有神经保护作用。海马体的CA1区是AD最早受影响的区域之一，具有明显的神经元损失和突触接触数量减少。TBA2.1小鼠表达Ab3(pE)-42，并很早就表现出严重的CA1神经元丢失、淀粉样变、LTP损伤和神经炎症。我们选择TBA2.1小鼠是因为它们可能在所有转基因AD小鼠模型中表现出最具侵略性和最突出的淀粉样蛋白病理。Western blot分析TBA2.1小鼠大脑蛋白提取物显示，Jacob蛋白水平保持不变，pJacob水平降低导致pJacob/Jacob比降低，与人脑所得的结果一样(图EV1I-L)。根据来自其他AD转基因小鼠系的报道，我们发现TBA2.1小鼠表现出显著降低核pCREB水平(图1L和M)。为了直接研究神经元中Jacob表达的缺失是否能在TBA2.1小鼠中提供神经保护，我们接下来杂交小鼠，以获得纯合子TBA2.1和Jacob/Nsmf/)老鼠。有趣的是，双转基因动物(TBA2.1 × Jacob/Nsmf -/-)没有显示出CREB失活，这证明pCREB水平没有降低(图1L-O)。虽然我们在所有三种基因型(TBA2.1, Jacob/Nsmf -/-，双TBA2.1 × Jacob/Nsmf -/-)中观察到核CREB水平略有下降(图1N和O)，但Jacob/Nsmf -/-和双转基因动物中CREB失活的缺失表明该蛋白在阿巴淀粉样变早期转录失活的关键作用。因此，双转基因小鼠背侧CA1区域的细胞损失不太明显(平均23%)(图1P)。

　　当我们使用SPECT对四种基因型(TBA2.1, Jacob/Nsmf (-/-)， TBA2.1 × Jacob/Nsmf-/-和野生型(WT))无约束行为小鼠的脑血流(CBF)成像时，发现Jacob基因敲除介导的拯救在全脑网络激活模式水平上也可见。与野生型动物相比，TBA2.1小鼠背侧CA1(箭头)中发现的CBF减少，在双转基因小鼠中得到部分挽救(图EV1M)。侧隔和对角带(连接海马的区域)也有明显的缓解(图EV1N)。此外，BDNF基因启动子IV (BdnfIV)转录的BDNF mRNA水平在TBA2.1小鼠中下降，但在Jacob/Nsmf (-/-)和双转基因动物中没有下降(图1Q)， BdnfIV是一种突触可塑性相关的神经营养因子，其表达受CREB以活性依赖的方式调控。

　　Jacob基因缺失不影响星形胶质细胞的数量(图EV1O和P)和活化的小胶质细胞(图EV1O和Q)。此外，aβ阳性沉积的数量(图EV1R和S)所证明的淀粉样蛋白负荷也不受影响，这表明神经炎症或淀粉样蛋白沉积的间接作用并不能解释Jacob基因缺失所赋予的神经保护作用。