鉴定BACE2为有条件的促进阿尔茨海默症的β分泌酶

Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disease in aged population. About 50 million people worldwide are suffering from this disease, and about 800 billion dollars were spent on AD therapy and caring every year. Nonetheless, there has been no effective treatment of this lethal disease. The peptide Aβ derived from amyloid precursor protein is widely accepted as the pathogenic molecule of AD, and therefore, the β-secretase catalyzing Aβ generation has been believed to be a promising prevention and therapeutic target of AD. The only best known β-secretase is BACE1 that has multiple indispensible functions in the brain, which prevents the clinical application of the BACE1 inhibition. Moreover, BACE1 is constitutively and highly active in all people, and hence does not strongly correlate with AD onset. In our preliminary study, we found that the BACE1 homolog protein BACE2, which on the contrary to BACE1 usually prevents Aβ generation, can be induced into a β-secretase by several genetic and non-genetic factors, and is therefore a conditional β-secretase. Interestingly, BACE2 displayed significant increase in aged the brains. As aging is the biggest risk factor of AD, BACE2, but not BACE1 might be the β-secretase underlying the increase Aβ in AD patients. The major aims of this application are to 1) identify BACE2 as an effective β-secretase in the brains under pathological conditions; 2) keep searching AD risk factors that initiate the β-secretase activity of BACE2; and 3) explore if inhibiting the β-secretase activity of BACE2 could be a prevention or therapeutic strategy of AD. We, for the first time, came up with the concept of conditional β-secretase. Should the proposed hypothesis come off true, this study will help the understanding and therapy of AD.

阿尔茨海默症（AD）是一种在老年人中极为常见且无解的神经退行性疾病。Aβ在脑中的积累是AD的主要病因之一。β分泌酶在Aβ的产生过程中至关重要，也因此可能成为AD预防、治疗靶点。但目前唯一广泛认可的β分泌酶BACE1不能用于临床。BACE2是BACE1的同源蛋白，但在正常条件下抑制Aβ的生成。申请人发现，BACE2在一些条件下可以转变成β分泌酶，且BACE2表达量随着年龄这一最大的AD危险因素而增长。有多种因素可将BACE2转变为β分泌酶。这些发现提示，BACE2很可能是一个老化过程或病理过程中有条件的β分泌酶。本申请拟通过体内和体外的生物化学，细胞生物学，动物行为学等技术，明确BACE2是否是一个在体内有意义的β分泌酶、进一步寻找将BACE2诱导为β分泌酶的因素，并最终探索是否可以通过抑制BACE2的β分泌酶活性实现对AD的预防和治疗。本申请的内容有助于解决AD这一严重的医学和社会问题。

阿尔兹海默病（AD）是一个在老年人中多发的神经退行性疾病。小肽Aβ的聚集物神经板块是AD的最主要的独有特征，也是广为接受的AD防治靶点。降低Aβ的产生一直以来都是AD防治研究中的热点内容。尽管目前已知的几个蛋白酶在Abeta的产生中起到重要作用，但是这些蛋白酶都不能解释为什么AD在老年才发生，也不能解释为什么不是所有的老年人都会罹患AD。 申请人基于一个意外的体外实验结果，提出了蛋白酶BACE2可能在特定的条件下由一个保护性的蛋白酶变为一个促进AD的蛋白酶的假说，并申请获批了此基金项目。用体内和体外的实验，申请人确认了BACE2确为可诱导的β分泌酶，并在老化（AD的最主要危险因素）的情况下升高，并与同样在老化时升高的蛋白CLU一起促进C99和Aβ的生成。BACE2可从一个防止神经斑块形成的蛋白酶变为促进神经板块的蛋白酶。其变化的分子基础是蛋白APP（Aβ的前体蛋白）中的一个alpha-螺旋结果发生改变。造成这一结构改变的原因包括特定的基因突变或者CLU与该螺旋的结合。申请人在课题进行中根据论文评审人的反馈意见，减少了部分动物实验，增加了基于AD患者的实验，希望可以制作出特殊的抗体，在人血清中检测BACE2功能的改变。然而该抗体一直没有制作成功，将在后续的研究中继续尝试。.在此基金的支持下，申请人共发表了5篇论文，申请了发明专利2项。5篇论文中较为重要的是《蛋白CLU将AD的危险因素转化为神经板块的形成》。此论文是本基金内容的延续，发现所有主要的AD危险因素都汇集到CLU在神经细胞的内的积累，而神经细胞内的CLU增加在AD模型中导致强烈的焦虑和抑郁以及死亡。CLU通过多种机制促进神经斑块的形成。去掉脂蛋白后的血清CLU由较好的分别痴呆人群，而外周敲低CLU了有效降低脑内的Aβ。