DDAH1在阿尔茨海默病中的神经保护作用及其机制的研究

Alzheimer's disease (AD) is a chronic neurodegenerative disease which its main symptom is progressive degeneration of memory and other cognitive functions. Currently, there is no effective solution to AD. Our recent published results shown that Dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1 (DDAH1) overexpression reduced levels of oxidative stress and the secretion of Aβ42 while DDAH1 knockdown increased levels of oxidative stress and the secretion of Aβ42 in APPsw cells overexpressing human Aβ42 precursor protein APP Sweden mutation. In our pilot experiments, reduced DDAH1 significantly exacerbated visual spatial learning and memory impairment in AD mice. These results suggested that DDAH1 could play a neuroprotective role in Alzheimer's disease. Therefore, this project aims to apply APPsw/PS1 transgenic mouse model to in-depth study the neuroprotective role and the cellular and molecular mechanisms of DDAH1 in AD through the Morris water maze, electrophysiology, immunoblotting, immunofluorescence, immunoprecipitation, mass spectrometry and other techniques. Regulation of DDAH1 activity may be a novel way to prevent or treat AD.

阿尔茨海默病(AD)是一种慢性神经退行性疾病，其主要症状为记忆力和其他认知功能渐行性退化；目前并没有有效的解决办法。我们最近发表的结果表明，过表达二甲基精氨酸二甲胺水解酶1（DDAH1）减少了APPsw细胞（超表达人类Aβ42前体蛋白APP的瑞典突变）的氧化应激水平和Aβ42的分泌；敲低DDAH1增加了APPsw细胞的氧化应激水平和Aβ42的分泌。在前期预实验中，我们发现DDAH1表达水平降低显著加剧了AD模型小鼠的视觉空间学习记忆能力障碍。这些结果提示我们，DDAH1可能在阿尔茨海默病中起到神经保护作用。因此，本项目拟应用AD的转基因小鼠模型（APPsw/PS1转基因小鼠），通过Morris水迷宫、电生理、免疫印迹、免疫荧光、免疫沉淀和质谱分析等多种技术，深入研究DDAH1在AD中的神经保护作用以及细胞分子机理，为应用调控DDAH1活性预防或治疗AD提供新的理论和实验依据。

非对称二甲基精氨酸（ADMA）是内源性一氧化氮合酶抑制剂。ADMA水平在AD患者血浆中升高了。然而，ADMA是否在AD的发病机制中发挥作用，这一点还不清楚。我们已经发表的工作表明，在转基因秀丽隐杆线虫β-淀粉样蛋白(Aβ)表达模型（CL2006）中ADMA含量增高，在超表达人类Aβ前体蛋白（APPsw）的SH-SY5Y细胞（即APPsw细胞）中ADMA含量也增高。此外，ADMA处理线虫CL2006加剧Aβ诱导的瘫痪和氧化应激；同时也进一步增加APPsw细胞中的氧化应激和Aβ分泌。敲低1型蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMT1）减少了ADMA的产生，但是不能抵抗Aβ诱导的毒性效应，反而增加了CL2006的瘫痪以及APPsw细胞中的氧化应激和Aβ分泌水平。然而，过表达1型二甲基精氨酸水解酶（DDAH1）促进了ADMA的降解从而显著减弱了APPsw细胞中的氧化应激和 Aβ分泌水平。这些数据支持这一假说：升高的ADMA水平有助于AD的发病；增加神经细胞的DDAH1活性可以作为延缓AD发展的一种可能的新策略。在本项目中，我们发现，DDAH1表达水平降低加剧了AD模型小鼠的视觉空间学习记忆能力障碍。采用Morris水迷宫检测小鼠视觉空间学习记忆能力。在空间探索实验部分，撤掉隐藏平台后，较野生型小鼠（C57），AD小鼠（PAP）和DDAH1水平降低的AD小鼠（DDAH1-HT-PAP）的潜伏期均变长，具有显著性差异；DDAH1-HT-PAP小鼠穿越平台所在区域次数明显低于PAP小鼠。此外，淀粉样蛋白斑块是AD患者大脑中的一个显著病理标志，并且已被证明与内质网（ER）反应有关。然而，淀粉样蛋白-β(Aβ)毒性的精确调节机制仍不清楚。我们发现蝙蝠葛碱可以激活X-box 结合蛋白1（XBP-1；活性形式 XBP-1S）和真核翻译起始因子eIF2α，从而延缓Aβ1-42 转基因秀丽隐杆线虫 CL2120 中AD的进展。内质网应激反应因子XBP-1可以被激活，并通过加速Aβ清除而显示出神经保护活性。蝙蝠葛碱激活未折叠蛋白反应的ire-1/xbp-1和perk/eIF2α通路，减弱翻译，增强ER相关降解，从而降低Aβ表达并减弱Aβ相关毒性。相反，xbp-1消耗抵消了蝙蝠葛碱对Aβ相关毒性的影响。这些结果强调了XBP-1在Aβ毒性和降解中的功能相关性和蝙蝠葛碱在预防AD进展中的潜在药效价值。