CRTC1-BDNF相关信号通路在阿尔茨海默病早期突触可塑性及认知功能障碍中的机制研究
Study on the Involvement of CRTC1-BDNF Signaling Pathway in Synaptic Plasticity Deficits and Cognitive Dysfunction in the Early Stage of Alzheimer's Disease

研究背景:阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种进行性神经退行性疾病,主要表现为进行性的认知功能障碍、记忆力减退及性格行为改变.众多研究表明,可溶性β-淀粉样蛋白(Amyloid-βprotein,Aβ)在AD早期认知功能障碍中发挥重要作用.神经可塑性是学习记忆的神经基础.长时程增强(long-term potentiation,LTP)是指兴奋性突触传递通路在强直刺激的作用下诱发的突触传递效率长时间增强的现象,海马LTP与学习记忆功能密切相关.晚期时相长时程增强(late-phase LTP,L-LTP)是编码长时记忆的突触可塑性形式,需要cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-responsive element binding protein,CREB)调控的cAMP反应元件(cAMP-responsive element,CRE)基因转录和新蛋白质合成.CREB转录共激活因子1(CREB-regulated transcription coactivators,CRTC1),通过感受胞浆内Ca2+和cAMP信号分子,以去磷酸化方式入核与CREB的bZIP区域结合,加强CREB与CBP/P300的结合,以非依赖CREB Ser133磷酸化的方式介导CRE靶基因转录和表达,如脑源性神经营养因子(Brain derived neurotrophic factor,BDNF)等.研究表明,CRTC1活动依赖性的细胞核迁移和聚集是海马L-LTP维持的必需过程.BDNF受体是原肌球蛋白相关酶受体B(tropomyosin-related kinase receptors,TrkB).BDNF对神经元发育和生存、突触可塑性及学习和记忆功能均有重要作用.课题组前期研究表明:Aβ42寡聚体可以引起L-LTP损伤,注射RNA干扰CRTC1慢病毒(LV-Sh-CRTC1)也可以引起L-LTP的损伤,但是LV-Sh-CRTC1和Aβ42寡聚体联合应用不能够进一步引起L-LTP损伤;而注射CRTC1过表达慢病毒(LV-OE-CRTC1)可以保护由Aβ42寡聚体引起的L-LTP损伤.提示CRTC1可能是Aβ42寡聚体引起海马L-LTP损伤的靶点之一.本研究进一步从CRTC1-BDNF信号通路入手,探寻CRTC1参与AD发病过程中突触可塑性损害及认知功能下降的分子机制.研究方法:我们通过蛋白免疫印迹(Western blotting,WB)技术对12月龄双转基因APP/PS1小鼠海马和皮层组织C末端淀粉样前体蛋白(Amyloid Precursor Protein,CTerminal,APP)表达水平进行检测;通过WB技术对APP/PS1小鼠海马和皮层组织CRTC1及CRE靶基因表达水平进行检测;通过免疫荧光化学技术对APP/PS1小鼠海马齿状回(dentate gyrus,DG)区域CRTC1表达水平进行检测;通过行为学实验检测海马脑立体定位注射Aβ42寡聚体及LV-Sh-CRTC1对大鼠学习和记忆功能的影响,运用WB技术对行为学实验后大鼠海马组织CRTC1、CREB及CRE靶基因进行检测;通过海马DG区场电位记录技术检测Aβ42寡聚体是否通过CRTC1-BDNF通路引起L-LTP损伤.研究结果:1)12月龄APP/PS1小鼠海马和皮层组织APP表达量显著增高,表明转基因小鼠模型构建成功;2)12月龄APP/PS1小鼠海马和皮层组织CRTC1、BDNF、c-Fos表达水平显著降低,pCRTC1表达水平显著增高;3)12月龄APP/PS1小鼠海马DG区CRTC1低表达;4)Aβ42寡聚体及LV-Sh-CRTC1处理组在新物体识别实验中表现出认知水平显著降低,在水迷宫实验中表现出空间学习和记忆能力显著降低;5)外源性孵育BDNF可以逆转由Aβ42寡聚体和LV-Sh-CRTC1单独作用引起的海马DG区L-LTP损伤;6)外源性孵育BDNF可以逆转由LV-Sh-CRTC1和Aβ42寡聚体共同作用引起的海马DG区LLTP损伤;7)BDNF受体TrkB被其抑制剂TrkB-FC或K252a抑制后,预先过表达CRTC1不能够保护由Aβ42寡聚体引起的海马DG区L-LTP损伤.研究结论:在AD发病过程中,海马及皮层组织CRTC1、BDNF表达显著下调,CRTC1-BDNF通路可能是Aβ42寡聚体引起AD突触可塑性损伤及认知功能障碍的靶点之一.