朊蛋白对阿尔茨海默氏病发病进程调控平衡作用的研究

阿尔茨海默氏病(AD)，日益成为我国重大的社会负担，但其发病机制不明。我们的前期研究表明，正常朊蛋白（PrPC）对引发该病的关键步骤- - APP的酶解过程，起到重要的平衡调控作用。PrPC同时抑制α-和β-分泌酶的活性，但铜离子又参与PrPC对β-酶解抑制作用的调节。因此，本项目以ceAPPswe/PS1ΔE9/PrP+/+和ceAPPswe/PS1ΔE9/PrP-/-转基因鼠为模型，以N2a-APPswe细胞系为细胞培养模型，敲除或敲减PrPC基因表达，以阐明PrPC如何1）增加脑内β-淀粉样肽(Aβ)不溶性纤维的沉积；2）影响APP的成熟；3）结合α-分泌酶从而抑制α-酶解过程；4）将Cu(II)转入细胞内，再转化为Cu(I)交给β-分泌酶，从而抑制后者的活性；5）协助Aβ42寡聚体进入细胞内起到神经毒性作用。本研究有助于阐明PrPC与AD相关蛋白的关系和参与AD发病复杂的调控机理。

阿尔茨海默氏病(AD)又称为老年痴呆病，是最为常见的进行性致死性神经退行性疾病。来自于临床、遗传流行病学、细胞培养和转基因动物模型的研究，已建立朊蛋白（PrP）与AD存在联系这一命题。本项目于2012年获得国家自然科学基金小额资助，为期一年。为此，我们调整了原项目申请的科学假说和研究计划要点，并获得了突破性的阶段性研究成果。我们假设，正常机体内的朊蛋白（PrPC）促进AD的发病进程。其中，包括两个可操作的科学假说。其一，PrPC为β-淀粉样蛋白（Aβ）在神经细胞内转运、分泌至细胞间质，以及形成细胞外淀粉样斑块所必须；其二，PrPC抑制淀粉样病变前体蛋白（APP）的α-酶切，从而促进APP的病理性通路。首先，我们将AD 动物模型Tg ceAPPswe/ PS1ΔE9/ PrP+/+转基因鼠，与Prnp基因敲除（PrP-/-）的小鼠交配，建立了ceAPPswe/ PS1ΔE9/ PrP-/-转基因鼠作为体内（in vivo）转基因动物模型。经鼠脑切片作双重用抗抗体荧光染色，用共焦显微镜进行淀粉样斑块的形态学定量，我们发现，当PrPC在4.3或7.5月龄的Tg ceAPPswe/ PS1ΔE9鼠脑内正常表达时，66.5±6.1%或65.1±2.2%的Aβ斑块为细胞外，33.5±6.1%或34.9±2.2%为细胞内；然而，Prnp基因敲除（PrP-/-）的Tg ceAPPswe/ PS1ΔE9鼠脑内，Aβ单体、二聚体和三聚体的表达量降低，Aβ斑块数量减少，且100%为细胞内Aβ斑块。结合分析N2a-APPswe细胞培养的结果表明，PrPC在Aβ及其多聚体的产生、分泌以及形成细胞外Aβ斑块的过程中起关键作用。其次，我们应用N2a-APPswe细胞系，建立了体外（in vitro）神经细胞培养模型。我们使用siRNA转染，敲减PrPC的表达水平，导致sAPPα水平增高，即APP的α-裂解增加。应用协同免疫沉淀试验，我们进一步发现，APP的主要α-分泌酶，ADAM10，可与PrPC结合，但不与PrP的两个突变株，可引发CJD的PrP T182A或引发GGS的PrP A116V结合。这些结果表明，PrPC抑制APP的非病理性通路；PrPC转化为PrPSc，可促进APP的病理性通路。由此，我们证明了，朊蛋白在阿尔茨海默氏病发病进程中的关键作用。