肌萎缩侧索硬化中自噬通量异常的发生机制及HDAC6靶向治疗研究

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an adult-onset devastating neurodegenerative disease. The pathological hallmark of ALS is the selective death of motor neurons in the brain and spinal cord. Although the causes in most cases of ALS are not yet undefined, it is believed that a toxic gain of function resulting from abnormal protein aggregation is probably one of the mechanisms contributing to this disease. .In eukaryotic cells, there are two main systems for degradation of cytoplasmic proteins: the ubiquitin-proteasome system (UPS) and autophagy. Our previous study showed that treatment of SOD1G93A mice model of ALS with rapamycin causes accumulation of autophagic vacuoles (AVs), but fails to reduce the level of mutant SOD1 aggregates, indicating the possibility of abnormal autophagic flux in ALS. In this study, we will analysis the fusion of AVs/lysosome and the degradation ability of lysosome in SOD1G93A mice and further to investigate the mechanism of defect autophagic flux in ALS. .In a pilot study, we found impaired AVs/lysosome fusion in the motor neurons and reduced HDAC6 protein level in the spinal cord of SOD1G93A mice. HDAC6 is known playing an important role in the autophagic flux by activation of autophagy and induce the fusion of AVs/lysosome. In this study, we will over-express HDAC6 in the spinal cord of SOD1G93A mice and investigate its influence on the disease onset and lifespan of the transgenic mice. Furthermore, we will measure the autophagic flux and protein aggregation in the motor neurons of SOD1G93A mice after the HDAC6 over-expression. .Our data will provide new evidence of autophagy dysregulation as a critical pathogenic process leading to ALS, and will help evaluate the potential therapeutic target of HDAC6 in ALS and other neurodegenerative diseases.

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种最为常见的运动神经元病，主要由于脊髓运动神经元的退行性变导致，其分子学机制仍未明确。研究表明蛋白异常聚集是导致运动神经元死亡的重要机制之一。泛素-蛋白酶体系统和自噬是胞内降解蛋白质的两大主要途径。我们前期研究结果提示ALS模型小鼠体内可能存在自噬通量的异常。本课题将从自噬小体/溶酶体融合及溶酶体降解能力两方面出发，探讨ALS自噬通量异常的产生机制。我们初步研究发现ALS模型小鼠体内自噬小体/溶酶体融合存在障碍，同时HDAC6水平明显降低。现已证实HDAC6可以激活自噬并促进自噬小体/溶酶体融合，在蛋白质降解中发挥重要的调节作用，其可能是ALS疾病干预的靶点之一。本课题将观察在体过表达HDAC6对模型小鼠疾病进展的影响，并探讨其作用机制。结果将有助于正确理解自噬在ALS运动神经元退行性变中的作用，同时也为ALS及其他神经退行性疾病的靶向治疗提供理论依据。

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种最为常见的运动神经元病，其发病机制至今未明且无特效的治疗药物。研究表明胞内蛋白质的异常聚集是导致运动神经元退行性变的重要因素之一。我们前期的研究发现蛋白质降解的主要途径之一-自噬水平在ALS模型（SOD1G93A转基因）小鼠脊髓内异常改变，提示自噬可能在运动神经元变性中发挥一定作用。而应用MTOR自噬激活剂雷帕霉素的研究结果则提示SOD1G93A转基因小鼠运动神经元内自噬通量尤其是自噬小体与溶酶体融合异常的存在。HDAC6是一个经典的组蛋白去乙酰酶，主要分布于胞浆内，已有研究报道HDAC6可通过骨架蛋白促进自噬小体与溶酶体的融合及自噬溶酶体形成。本课题旨在前期研究的基础上，利用慢病毒表达体系在中枢神经系统内过表达HDAC6，观察其对SOD1G93A转基因小鼠行为学以及运动神经元存活的影响，并进一步探讨HDAC6可能的作用机制。. 本课题中，我们首次报道了SOD1G93A转基因小鼠脊髓组织内HDAC6蛋白水平的异常降低，并且发现其水平降低与疾病的进程密切相关。此外，我们还首次发现转基因小鼠发病后通过侧脑室注射HDAC6慢病毒，提高中枢神经系统内HDAC6蛋白表达水平能够显著延长SOD1G93A转基因小鼠的生存时间，增加脊髓前角运动神经元的存活。而进一步利用电镜与免疫组化等的研究结果则表明，HDAC6能够促进自噬小体与溶酶体融合，增加自噬溶酶体的形成，改善自噬通量。而这种改善作用则能够促进胞内异常聚集蛋白质如SOD1，p62等的降解，对运动神经元发挥保护作用。. 研究成果首次尝试了在体过表达HDAC6基因通过促进运动神经元内自噬溶酶体的形成缓解神经元的死亡，发挥其神经保护作用，同时这种神经保护作用特异性的出现在SOD1G93A转基因小鼠发病之后。研究结果不仅提示促进自噬溶酶体形成，增加胞内聚集蛋白降解能够改善ALS转基因小鼠的生存，同时更为重要的是提出了一种可能的疾病晚期治疗方法，具有极高的临床应用价值。在本课题资助下在研究相关领域发表SCI论文3篇，其中2篇5分以上；参加与本课题相关国际会议两次并分别作墙壁汇报。