骨形态发生蛋白在Aβ毒性病变中稳定神经突起内骨架系统的机制研究

Alzheimer's disease (AD) is a senile disease which has high morbidity and high social burden, and there is still not effective treatment. Impaired skeleton system in neurite caused by amyloid β (Aβ) deposition is an important pathological feature of AD. Our preliminary experiments in vitro demonstrated that bone morphogenetic protein (BMP) can protect neurons against Aβneurotoxicity and maintain the stabilization of neurite skeleton. The protective mechanism and protective effect in vivo of BMP are needed to clarify urgently. The applicant hypothesizes: the mechanism of BMP protecting the stabilization of cytoskeleton in neurite is LIM kinase 1(LIMK1)- dependent. We will adopt AD animal models and Aβ damage cell models interfered with BMP and/or LIMK1 inhibitor (S3 peptide) as research objects, to analyse the stabilization of skeleton system in neurite and specific change of the upstream regulatory molecules for further revealing the mechanism of BMP protecting neurite. We will evaluate the change of cognitive behavior and pathomorphology for validating the protective effect of BMP in vivo. We wish the research can provide new ideas for discovering potential targets for clinical drug therapy.

阿尔茨海默病（AD）是一种高致残率、高社会负担的老年疾病，目前仍缺乏有效治疗手段。β淀粉蛋白（Aβ）沉积导致神经突起内骨架系统受损是AD的重要病理特征之一。申请人前期实验发现骨形态发生蛋白（BMP）在Aβ损伤细胞模型中具有神经保护作用，能够稳定神经突起内骨架系统，其保护机制和体内应用效果亟待阐明。本研究提出机制假说：BMP在Aβ毒性病变中通过LIM激酶1（LIMK1）途径来稳定神经突起内骨架系统。我们拟采用BMP与LIMK1抑制剂（S3肽）干预的AD小鼠模型和Aβ损伤细胞模型，分析LIMK1对BMP稳定神经突起内骨架系统的影响及其上游调节通路的特异性变化，以期阐明相应分子机制；并评价BMP对AD小鼠认知行为学和神经病理学的影响，进一步在体验证BMP的神经突起保护作用，为发现AD临床药物治疗的潜在靶点提供新思路。

骨形态发生蛋白（BMP6）在急性神经损伤中具有神经保护性作用，但是其在Aβ诱导的神经毒性病变中的体内体外作用如何仍不明。在急性Aβ诱导的神经损伤试验中，我们向海马神经元中添加不同浓度的Aβ25-35，然后再添加BMP6评估神经保护作用。体内试验中，我们向大鼠基底前脑区注射Aβ1-40诱导阿尔茨海默病病理生理过程，检测BMP6和LIMK1含量变化。同时，我们检测APP/PS1转基因鼠中内源性BMP6含量变化，并向AD秀丽隐杆线虫添加BMP6和BMP6通路拮抗剂，观察BMP6在AD病变体内试验中的作用。我们的结果分两部分，首先是急性Aβ毒性病变中，BMP6可以阻断高剂量Aβ25-35诱导的神经凋亡，抑制由低剂量Aβ25-35诱导的棒状体形成。大鼠基底前脑注射Aβ1-40可以导致明显的BMP6表达下调，及LIMK1通路失活，而在海马区则呈完全反向变化。其次在慢性Aβ毒性病变中，我们有三个发现。BMP6在AD转基因鼠中海马区表达下调；内源性BMP6主要表达于神经元内，而BMP6碎片可被激活的小胶质细胞吞噬，同时在星形胶质细胞中并不见BMP6表达；向转基因AD线虫添加BMP6并不能起到有益作用，而BMP6内源性拮抗剂，尤其是noggin蛋白，低剂量可以缓解外源性BMP6诱导的神经毒性。高剂量noggin在AD病变中展现的神经毒性与过度抑制BMP6通路有关，同时再补充0.1ug/ml BMP6可以缓解由高剂量noggin带来的毒性作用。以上结果显示了在急性和慢性Aβ毒性病变中BMP6及其相关蛋白的不同作用，也为治疗AD提供的思路和潜在靶点。