CHIP调控的蛋白质质量控制系统参与阿尔茨海默病发病的分子机制及治疗策略研究

Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disease closely related to aging. Thus it is a vital challenge in the field of aging to explore its molecular pathological mechanism and novel therapeutic targets. Studies have shown that CHIP-regulated protein quality control systems are closely related to aging and AD. Our previous work showed that patients with CHIP mutations and CHIP mutation/knockout animal models had significant cognitive dysfunction. Cognitive dysfunction-related proteins, such as Tau, were significantly increased and hippocampal neurons were lost in brain tissue of the animal model. Based on these findings, we put forward a hypothesis that CHIP dysfunction may be involved in the pathological mechanism of brain aging and AD. Besides, upregulation of CHIP may have potential therapeutic effects on AD. In this study, we will investigate the pathogenesis of CHIP dysfunction in AD and the potential therapeutic effect of up-regulating CHIP by APP,PS1 gene mutation-specific iPS, iPS-derived neuron and mice models. Based on the solid previous work in accordance with the scientific hypothesis and advanced experiment methods, this study is expected to provide a theoretical basis for the establishment of new strategies for AD.

阿尔茨海默病（AD）是机体衰老密切相关的、最常见的神经退行性疾病，深入探讨其发病机制及新的治疗靶标是脑器官衰老研究领域的重大挑战。研究显示：CHIP调控的蛋白质质量控制系统与机体衰老及AD密切相关。我们的前期工作表明：携带CHIP突变的患者和CHIP突变及敲除动物模型均有明显认知功能障碍，在动物模型脑组织中发现AD相关蛋白Tau等表达明显升高，海马神经元丢失。基于以上结果我们推测：CHIP功能障碍参与了脑衰老及向AD演变的分子病理过程，上调CHIP表达对AD可能具有潜在治疗作用。本课题拟应用APP、PS1突变疾病特异性iPS及iPS来源神经元细胞模型、AD转基因动物模型，应用慢病毒、AAV感染及knockin过表达等方法上调CHIP蛋白，从分子、细胞、动物模型等多方面探讨CHIP参与AD发病的分子机制及上调CHIP表达对AD的潜在治疗作用，将为建立AD新的应对策略提供思路，具有重要意义。

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是与机体衰老密切相关的、最常见的神经退行性疾病，目前尚无有效治疗手段，深入探讨其发病机制及新的治疗靶标是脑器官衰老研究领域的重大挑战。CHIP是一种兼具辅助分子伴侣和E3泛素连接酶活性的蛋白，在细胞的蛋白质质量控制系统中起重要作用，在脑组织、心脏、肝脏等中大量表达。CHIP调控的蛋白质质量控制系统与机体衰老及AD密切相关，携带CHIP突变的患者和CHIP突变及敲除动物模型均具有明显认知功能障碍。本项目对CHIP蛋白在AD细胞与动物模型中的保护作用进行了研究。首先将正常人（Normal）、APP突变（APP-mut）和PS1突变（PS1-mut）的iPSC诱导为神经前体细胞（NPC）和前脑神经元（NC），发现APP和PS1突变并未影响神经元的分化效率及神经元轴突形态，但降低了神经前体细胞活性，Aβ42/Aβ40比率升高。神经元中APP和PS1突变明显地降低了NT2NL的表达。通过慢病毒感染在各组细胞系中过表达CHIP蛋白，发现Normal和APP-mut神经元中IDE的表达下降，Normal神经元中BACE1表达降低，说明了CHIP可能在不同细胞系中的不同的保护作用机制。在APP/PS1小鼠模型中上调CHIP蛋白表达改善了APP/PS1小鼠筑巢能力，缩短了Morris水迷宫定位航行实验潜伏期，增加了空间探索实验中穿越平台所在位置的次数，表明CHIP能够改善AD小鼠的社会行为与学习认知能力。CHIP蛋白过表达减少了APP/PS1小鼠皮质与海马中淀粉样斑块沉积，降低了APP、Aβ、Tau蛋白、磷酸化Tau蛋白等AD病理蛋白水平。在6月龄APP/PS1小鼠中过表达CHIP蛋白，3个月后Western blot结果显示皮质与海马中β-分泌酶BACE1水平降低，热休克蛋白HSP70、HSP40表达升高；在3月龄APP/PS1小鼠中过表达CHIP蛋白，3个月后Western blot检测发现ADAM10表达升高，IDE、NEP降低，HSP70升高。本研究结果证实CHIP蛋白可调节AD发病过程中代谢、降解相关蛋白，对AD具有保护作用。