DG区突触外NMDAR-2B 与DAPK1结合介导APP/PS1小鼠海马内环路损伤的机制

Hippocampus is the key brain region in sentiment and cognition and shows obvious neural circuit impairement even in the early stage of neurodegeneration disease related,e.g.Alzheimer's disease (AD). Previous studies indicates the important role of extrasynaptic NMDA receptor 2B(NMDAR-2B) in the hippocampal circuit impairment of AD, and the death-associated kinase protein 1(DAPK1) is the key active factor of extrasynaptic NMDAR-2B. To specific inhibit the activating of extrasynaptic NMDAR-2B without any effect on its physiological function, we designed a peptide (Tat-D-NR2Bi) with fine permeation through the blood-brain barrier and cell membrane which could competivey binding DAPK1 and decrease the activation of NMDAR-2B by DAPK1. In this research we will deploy DAPK1-/- mice and APP/PS1 mice, cultured brain slice and cell/primary neuron to study the role and the mechanism of DAPK1 and NMDAR-2B of DG neuron in the impairment of hippocampal neural circuit with electron-microscope, immunofluorence, electro-physiologic and photo-hereditism techniques. And the effect of specific inhibiting extrasynaptic NMDAR-2B with DAPK1 in DG region on the DG-CA3-CA1 circuit in AD trangenic mice will also be studied. The results will help to the understanding the rules of neural circuit impairment under pathological conditions.

海马是参与情感、认知的重要脑区，在以情感、认知障碍为特征的神经退行性疾病—老年痴呆(AD) 发病早期，海马出现环路损伤。前期研究表明 DG 区突触外的NMDAR-2B在AD 海马环路损伤中起重要作用, 神经元死亡相关蛋白激酶1(DAPK1) 是突触外的NMDAR-2B 主要激活因子。为选择性地阻断突触外的NMDAR-2B 激活(不干扰其正常功能)，课题组前期设计了能透过血脑屏障和细胞膜的多肽(Tat-D-NR2Bi)，竞争性结合DAPK1、减少外突触部位NMDAR-2B 激活。本项目将拟采用DAPK1-/-小鼠及APP/PS1小鼠、培养脑片、培养细胞，综合电镜、免疫荧光、电生理、光遗传等技术，研究DG区DAPK1、NMDAR-2B在海马环路损伤中的关键作用及机制，选择性阻断DG 区二者结合对AD小鼠DG-CA3-CA1环路的影响，为理解病理条件下环路损伤规律提供依据。

抑郁情绪与学习记忆损害为神经退行性疾病如阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)的早期重要临床表现，随着社会高速发展和生活压力多元化，具有抑郁情绪的AD发病率逐年增高，并成为AD发病最常见的早期临床表现之一。我国AD患者已达2000万人，且尚没有有效的早期干预措施，给家庭、社会及国家造成巨大的经济损失。了解海马区抑郁情绪及学习记忆能力的损伤机制将对AD的临床早期诊疗及干预具有重要指导意义。.海马是参与情感、学习记忆的重要脑区之一，在以情感、学习记忆能力损害为早期特征的发病过程中，抑郁情绪可持续存在整个认知损坏的病理过程中，并成为最主要的残留症状。然而，海马区产生情绪改变及学习记忆损伤的病理机制尚不清楚。根据研究显示NMDAR-2B受体在海马环路的损伤中发挥重要作用，神经元死亡相关蛋白激酶1(Death-associated kinase protein 1，DAPK1)在老化的过程中表达增高，NMDAR-2B与DAPK1的结合参与了对NMDAR-2B受体活性的调节，NMDAR-2B受体的活性增高可能引起神经元细胞毒性导致海马区出现环路损伤。.本课题运用分子生物学、免疫组织化学、动物行为学等多种研究方法，对小鼠进行学习记忆能力及抑郁行为检测，实验结果显示APP/PS1小鼠的学习记忆能力发生明显的减退，抑郁行为明显增加，并伴随神经元的丢失、树突棘的减少以及突触蛋白（EAAT2,mGluR1, mGluR2, NR1）的表达减少。NR2B表达明显增多，并伴有Tau蛋白（pS396, pS404, pS205位点）磷酸化表达的增加及相关激酶GSK-3β丝氨酸Ser9位点、学习记忆相关激酶pERK的表达水平降低。通过DAPK1选择性的抑制NMDAR-2B的活性有利于改善小鼠的学习记忆能力及抑郁行为，减少神经元的丢失、树突棘的减少以及突触蛋白（EAAT2,mGluR1,mGluR2, NR1）的减少并抑制磷酸化Tau蛋白的表达及相关激酶GSK-3β丝氨酸Ser9位点磷酸化表达水平和学习记忆相关激酶pERK的降低。本实验证明了DAPK1与NMDAR-2B结合诱导的AD早期海马环路损伤。选择性的抑制DAPK1与NMDAR-2B的结合能保护海马环路损伤。以上研究结果为AD的早期干预提供了新的生物学靶点和理论依据，为临床治疗提供了新的思路。