膳食胆固醇及其氧化代谢产物在阿尔茨海默病发病过程中的作用及其相关机制研究

High cholesterol may increase the risk of developing Alzheimer's disease (AD), a neurodegenerative disease characterized by cognitive disorder. Mechanisms underlying are unclear. The previous studies indicated that there might be a link between dietary cholesterol, β amyloid peptide (Aβ), and disorder of the brain cholesterol metabolism. In this project, to explore the underlying mechanism of dietary cholesterol to promote AD, transgenic mice with Amyloid Precursor Protein (APP), ApoE deficient mice, and double transgenic mice will be used to investigate (1) the effects of dietary cholesterol and oxysterol on β-amyloid metabolism, oxidative stress and inflammation, and AD progression; (2) the effects of β-amyloid peptides on the cholesterol transportation and metabolism between neuron and astrocyte; (3) the impact on memory and learning ability. Neuronal cells and astrocytes were cultured or co-cultured to determine the effects of oxysterol on cholesterol synthesis and transportation, neuron structure and function, and synapse plastisity. We will investigate the relationship of serum cholesterol and oxysterol level, dietary cholesterol intake with the recognition decline in healthy middle life volunteers and in community-dwelling older people. The oxysterolomics character of healthy people and AD patients will be analyzed using GC-MS. Based on these expected results, we will understand the relationship and mechanism of dietary cholesterol intake and incidence of AD to provide scientific evidence for prophylaxis treatment of AD.

膳食胆固醇与以认知障碍为特征的阿尔茨海默病有关，但作用机制不清。课题组前期研究表明β-淀粉样肽（Aβ）可引起脑内胆固醇清除增强和转运障碍，过量摄入膳食胆固醇可引起学习记忆能力下降，提示膳食胆固醇、Aβ和脑内胆固醇与学习记忆障碍有关。本项目拟用Aβ代谢障碍和胆固醇代谢紊乱转基因鼠、长期高胆固醇喂饲老年鼠以及神经细胞和星形胶质细胞单独或共培养体系，分别检测神经行为、胆固醇合成和转运、Aβ生成与内吞、脂质筏结构与功能、突触可塑性、氧化应激和炎症反应相关指标，探讨过量膳食胆固醇通过其氧化代谢产物损伤学习记忆能力的机制；通过前瞻性和双向队列研究，检测并分析膳食胆固醇摄入量、血氧化固醇水平及关键酶的基因型和氧化固醇谱的变化与认知障碍的关系；通过实验室及人群研究验证膳食胆固醇摄入过量，引起血清和脑组织氧化固醇堆积，干扰了Aβ代谢，促进AD发病的假说，为研究膳食胆固醇需求与健康和AD预防提供科学数据。

膳食胆固醇与以认知功能障碍为特征的阿尔茨海默病（AD）/轻度认知障碍（MCI）有关，但研究结果尚有争议且作用机制不清。本项目通过人群队列研究、转基因动物和细胞共培养实验，探究了膳食胆固醇及其氧化代谢产物在阿尔茨海默病发病中的作用及其机制。主要研究结果：（1）人群队列研究：膳食胆固醇摄入>300mg/d具有增加认知功能下降风险的趋势（HR=1.36, 95%CI=0.99-1.86，P=0.055）。血LDL-C与HDL-C的比值异常升高（>3.19）可显著增加MCI的发病风险（HR=1.99，95%CI=1.08-3.66）。为了探索胆固醇代谢产物对认知功能的影响，基于病例对照研究设计，构建了MCI和对照人群血氧化固醇谱，其中20种代谢物（含27-OHC）组合可作为区分MCI和对照的生物标志物（AUC=0.79）。血中总量氧化固醇存在游离（可入脑）和酯化两种形式。总量27-羟基胆固醇（27-OHC）水平异常升高是MCI发生的独立危险因素（OR=2.86, 95%CI=1.52-5.37），而血中游离27-OHC水平适量升高与MCI的发生风险呈负相关，提示由外周血入脑组织的27-OHC越多，MCI发生风险越高。血中总量27-OHC水平和游离7-羟基-3-氧代-4-胆甾酸（7-HOCA，一种27-OHC在脑组织中的代谢产物）水平异常升高与炎症反应因子和氧化应激因子及相关调控基因甲基化水平增加、血β-淀粉样肽（β-amyloid peptide，Aβ）水平上升及相关调控miRNA表达水平下调均存在显著相关性。编码27-OHC合成酶---CYP27A1的基因位点缺失突变可显著增加总体认知得分。（2）动物实验：为揭示27-OHC在学习认知中的确切作用，采用了27-OHC合成酶抑制剂干预、病毒干扰和基因敲除三种方式，验证了膳食胆固醇摄入过量引起的外周血过量27-OHC进入脑中，干扰神经系统胆固醇转运、引起Aβ代谢紊乱，诱发学习记忆能力下降。（3）细胞实验：通过对神经细胞和星形胶质细胞的单独培养和二者共培养，发现过量27-OHC可通过多种等机制引起细胞凋亡和细胞焦亡增加、突触可塑性降低、胆固醇代谢障碍以及线粒体膜电位改变和溶酶体膜透化。本研究多角度验证了膳食胆固醇摄入过量，引起血和脑组织27-OHC堆积，干扰Aβ代谢，促进AD发病的假说，为预防和治疗AD提供有价值的科学数据。