NRF2-TXNIP-TrX信号衰减介导的阿尔茨海默病认知功能障碍机制及干预研究

Several lines of evidence suggest that synapse impairment in Alzheimer’s disease (AD) brain is the early event of cognitive dysfunction. Importantly, most oxidative stress localizes in synapse. Chronic inflammation performs an important role in AD pathogenesis. One of the defense mechanisms against oxidative stress, NRF2 signal, is downregulated in AD brain. Furthermore, NRF2 is a critical inhibitor of thioredoxin-interacting protein (TXNIP), an endogenous inhibitor of the antioxidant, thioredoxin (TrX). TXNIP is a regulator promoting oxidative stress, and leading to mitochondrial dysfunction. It is interesting that the interaction of TXNIP to nucleotide binding oligomerization domain-like receptor family pyrin domain containing 3 (NLRP3) facilitates the information of NLRP3 inflammasome and aggravates inflammation. The interaction of NRF2-TXNIP signal and its role on the regulation of synaptic plasticity in different stages of AD are unclear. In this study, we will investigate the alteration of NRF2-TXNIP expressions and functions in the APP/PS1 transgenic mouse brain, combining NRF2-/- mouse and TXNIP-/- mouse. The effects of NRF2-TXNIP on synaptic function and learning and memory, and the potential mechanism of NRF2-TXNIP-TrX axis against oxidative stress in AD mouse brain will be clarified using behavioral, electrophysiological, morphological and molecular biological tests in the study. The project provides us novel approaches on seeking effective therapeutic strategies for AD by targeting NRF2-TXNIP-TrX axis, which will enhance synaptic plasticity and improve cognitive function.

突触损伤是阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）认知功能障碍的早期事件，氧化应激损伤多定位于突触，慢性炎症对AD的神经毒性损害起到重要的作用。AD脑内抵御氧化应激的NRF2信号下调。NRF2衰减导致其对TXNIP的抑制障碍。令人感兴趣的是，TXNIP是抗氧化因子TrX的内源性抑制剂，又是重要的炎性因子诱导子，NRF2-TXNIP信号互作在突触可塑性调节和AD发生发展中的作用未见报道。本研究以APP/PS1转基因AD小鼠为基础，结合NRF2-/-鼠和TXNIP-/-鼠，通过认知相关行为学观察、电生理、形态学及分子生物学检测，明确NRF2与TXNIP信号互作及其在AD脑内表达和活性的变化与AD疾病发生发展的关系；探讨调节NRF2-TXNIP-TrX信号对AD突触可塑性的作用和对认知功能的影响，对研究靶向干预NRF2-TXNIP-TrX治疗AD具有理论意义和实践意义。

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）患者的脑脊液、血浆和尿中脂质过氧化产物含量增高，其水平与疾病的严重程度相关。而且，在AD患者的大脑和脑脊液均检测到高水平的炎性介质。研究发现，在轻微认知障碍AD患者的脑内即可检测到蛋白糖基化终产物增多，提示氧化应激是AD发病的早期事件。NRF2介导的抗氧化反应是一种机体主要的细胞防御机制；同时，NRF2调控抗氧化物酶硫氧还原蛋白（TrX）的表达进而抑制NLRP3炎症小体的激活，减轻炎性损伤。然而，AD患者海马神经元细胞核NRF2的表达明显减少，NRF2/TrX信号在AD发病中的变化及在调控炎症和氧化应激中的作用备受关注。本项目以AD转基因动物及AD模型细胞为基础，分析了NRF2、TrX及TrX的内源性抑制蛋白TXNIP信号功能的变化与AD疾病的相关性，探讨了调节NRF2-TXNIP-Trx信号对AD突触可塑性的作用和对认知功能的影响。. 本项目研究发现TXNIP的表达异常是AD脑内氧化应激损伤及炎症反应互作的枢纽。AD患者尸脑TXNIP的蛋白表达明显增加，慢性阳性介质能促进AD转基因鼠脑TXNIP、NLRP3和ASC的结合，促使NLRP3炎症小体的激活，上调抗氧化NRF2信号，抑制TXNIP，尤其是反应性星型胶质细胞及小胶质细胞TXNIP的蛋白表达，抑制TXNIP-NLRP3-ASC复合体的形成，减轻神经炎性损伤，减轻AD样病理。令人感兴趣的是，项目组发现AD转基因鼠脑凋亡刺激蛋白p53抑制因子iASPP的减少与该小鼠大脑对氧化应激的敏感性增加相关。项目组运用小分子化合物上调iASPP，能增强其与Keap1的相互作用，提高其与NRF2竞争Keap1的能力，稳定NRF2，从而增加NRF2的核转位，促进NRF2下游抗氧化基因的表达，增强AD转基因动物脑内的抗氧化能力，增强突触的可塑性，改善认知功能。另外，上调AD鼠脑星型胶质细胞源性S100A6能减轻炎症反应，提高抗氧化活性，缓解AD病理，发挥神经保护功能。以上研究结果对进一步揭示脑抗氧化防御失调及与炎症反应的互作参与AD发生发展的机理具有重要意义。综上所述，本项目为以NRF2的上、下游调节为切入点，调控和维持氧化-还原平衡且减轻神经炎症为靶标的AD治疗药物研发提供新的线索。