慢性低氧加重阿尔茨海默病及分子机制研究

发布时间：2019-01-01 14:26

【摘要】：阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是最常见的神经退行性疾病之一,其主要的病理标志是神经元外老年斑(Senile Plaques, SP)的沉积、神经元内神经原纤维缠结(Neurofibrillary Tangles, NFTs)的出现以及脑内神经元的丢失。NFTs的主要组成成分是过度磷酸化的微管相关蛋白Tau (Microtubule-associated protein);老年斑的形成主要是由Aβ (Amyloid β)异常折叠后聚集形成。根据遗传背景划分,AD可分为家族性遗传性和散发性,大部分AD病人为散发性,家族性AD仅占所有AD病人5-10%左右。目前的研究表明,AD的发生与遗传因素和环境因素相关,其中遗传因素主要与APP、PS1和PS2等基因突变相关,环境因素中低氧是近期发现的促进AD发生的重要的危险因子。我们先前研究证实慢性低氧可加重AD小鼠脑内老年斑的形成,而孕期慢性间歇性低氧可加剧子代AD小鼠学习记忆受损及脑内老年斑的聚集,子代野生型小鼠也表型出类似的病理表型。我们前期实验还发现,低氧可以改变NEP启动子组蛋白修饰而下调NEP的表达,进而使Aβ的降解减少,提示低氧可通过表观遗传修饰来调节基因的表达。基于上述发现,本论文拟进一步研究慢性低氧对AD发病的影响并着重从表观遗传学角度来研究其发生机制,验证低氧通过减少AD相关基因启动子区DNA甲基化水平,从而上调AD相关蛋白而进一步加剧Aβ的聚集和AD神经病理变化。同时,本论文还从慢性低氧诱导自噬通路为切入点,研究了慢性低氧对AD中自噬水平的影响及其与神经变性的关联。本论文的研究结果将进一步明确慢性低氧是AD发生的危险因素,并阐明其分子作用机制。我们的研究可为AD的治疗提供新的思路,并为AD的早期预防提供理论依据。本论文共分为二个部分：第一部分：慢性低氧下调DNA甲基转移酶3b并促进AD发生及机制探讨慢性低氧作为一种重要的环境因素可以在生命的不同阶段影响AD的发病。在本研究中,我们探讨了慢性低氧对APP Swe/PS1dE9模型小鼠行为学和AD相关神经病理发展的影响,并进一步从DNA甲基化修饰角度研究了可能的作用机制。APP Swe/PS1dE9小鼠在3月龄时给与模拟5000 m高原的低压氧干预,每天低氧6 h,低氧处理30天。分别待小鼠4月,6月和9月龄时进行行为学检测和病理生化分析。我们发现,慢性低氧的小鼠与未经历慢性低氧处理的小鼠相比,表现出空间学习记忆能力的下降,AD相关神经病理表型的加重,包括老年斑形成增多,Aβ生成增加,Tau蛋白磷酸化增强,突触小泡减少等；此外,表观遗传性分析表明,慢性低氧通过降低小鼠脑内DNA甲基转移酶3b (DNMT3b)的表达来降低基因组DNA甲基化的水平,并下调γ剪切酶组分相关基因(PS1, PEN2和NCT等)启动子区域的甲基化水平,从而进一步影响这些基因在蛋白水平的表达。而通过表观遗传学干预,上调DNMT3b可以逆转这些改变。这些研究结果表明,慢性低氧可能通过下调DNMT3b来加重AD的发生。我们的研究不仅进一步支持了环境因素能够激发并加重AD的观点,还为AD的预防和治疗提供了新的理论依据。第二部分：慢性低氧通过激活自噬通路影响AD发病及机制探讨自噬是细胞利用溶酶体降解自身受损的细胞器和异常聚集蛋白的过程,研究人员发现AD病人大脑的神经元中有自噬体和晚期的自噬泡的出现,且这些不同成熟阶段的自噬泡在神经营养不良的神经突起内大量堆积,提示AD病人脑中自噬通路的降解出现异常。很多与AD有关的蛋白分子都要经过自噬的代谢处理,而自噬是App蛋白循环以及Aβ生成一条重要途径。慢性低氧是诱导自噬激活的常见因素之一。在本论文中,我们探讨了慢性低氧对于APP Swe/PS1dE9小鼠脑内自噬水平的影响,利用同样的慢性低氧模型,我们发现转基因AD小鼠脑内的神经元内有大量未降解的自噬泡聚集,提示自噬通路降解异常。且慢性低氧通过激活腺苷一磷酸活化蛋白激酶(AMPK),进一步通过抑制mTOR通路来诱导自噬的发生。而抑制AMPK的激活,可上调nTOR并抑制自噬的发生。我们的研究结果提示慢性低氧可以通过AMPK-mTOR通路加重AD小鼠脑内自噬通路的障碍,进一步促进AD病程的进展。我们的发现为慢性低氧加重AD提供了新的分子机制。
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【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R749.16

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