M1受体介导胆碱能系统调控新生神经元生长发育的机制研究

Hippocampal neurogenesis is thought to be closely related to the development and cognitive dysfunction of Alzheimer's disease (AD), but the mechanism of regulating neuronal regeneration is still unclear. Our previous studies had shown that the number of newborn neurons in hippocampus of AD mice was significantly reduced, and the activation of the cholinergic neurons in the basal forebrain could improve the survival of newborn neurons in the dentate gyrus (DG) of hippocampus and significantly improve the learning and memory ability of AD mice. Moreover, our study also found for the first time that acetylcholine (ACh) regulated the survival of newborn neurons by acting M1 muscarinic receptors on them, however, the molecular mechanism is still unclear. Therefore, based on the previous research, this study would further research the mechanism of ACh in the process of protecting newborn neurons, through chemical genetics, RNA virus interference, molecular imaging, behavioral technologies, etc., on cell and animal models. We would clarify the downstream signaling pathway of M1 receptor-mediated regulation function of ACh, and explore the signaling mechanism of ACh on newborn neurons, which would provide a new theoretical basis for AD basic research and a new target for drug development of AD.

海马新生神经元再生障碍被认为与阿尔茨海默病（AD）的发生发展和认知功能障碍密切相关，然而调控新生神经元再生的机制尚不明确。我们的前期研究表明在AD小鼠脑组织中的新生神经元数量会显著降低，而激活基底前脑区的胆碱能神经元系统可以提高海马齿状回区（DG）新生神经元的存活率，并显著改善AD小鼠的学习和记忆能力；而且，我们的研究还首次发现乙酰胆碱（ACh）调控新生神经元存活是通过新生神经元上M1毒蕈碱型受体实现的，但具体的分子机制尚缺乏深入研究。因此，本项目在前期研究基础上，进一步阐明ACh在保护新生神经元过程中发挥作用的关键环节，通过化学遗传、RNA病毒干扰、分子影像和行为学检测等技术，结合细胞和动物模型的研究，明确M1受体介导ACh作用的下游信号通路，探讨ACh对新生神经元的信号调控机制，为AD基础研究提供新的理论依据，为治疗AD的药物研发提供新策略。

海马新生神经元再生障碍被认为与阿尔茨海默病（AD）的发生发展和认知功能障碍密切相关，然而调控新生神经元再生的机制尚不明确。本项目通过活体小鼠水平和细胞水平的实验模型，检测胆碱能信号对新生神经元存活的调控作用。我们发现增加乙酰胆碱（ACh）的水平提高新生神经元的存活率，而减少ACh的水平会降低新生神经元的存活率。并且，在阻断新生神经元上的M1受体后，ACh对新生神经元的这些调控现象消失。为进一步明确ACh调控新生神经元的分子机制，我们首先在细胞水平（培养的海马原代神经元）观察到ACh上调CREB的活性（pCREBS133的含量增多），干扰M1受体的表达后该现象消失，说明CREB为ACh/M1通路的下游信号分子。随后，我们运用化学遗传技术，在活体小鼠水平研究CREB活性状态对新生神经元生长发育的影响。我们观察到，抑制小鼠海马DG区CREB的活性，显著降低ACh信号对DG区新生神经元存活率的影响，说明ACh/M1/CREB通路参与调控海马DG区新生神经元的生长发育。为研究干预新生神经元M1/CREB通路对小鼠脑功能的影响，我们通过正电子发射断层成像（PET）技术、磁共振成像（MRI）技术和行为学手段分别检测小鼠的脑组织活性和学习记忆能力，我们观察到M1/CREB通路活性与小鼠的脑功能存在正相关。本研究揭示了胆碱能信号调控海马区新生神经元生长发育的分子机制。这些结果提示了一种潜在提高脑功能的方法，即在AD模型中提高胆碱能信号可能起到缓解学习记忆能力下降的作用。