KCa3.1/Orai1信号复合物调控AD反应型星形胶质细胞内质网应激的机制研究

Reactive astrocytes play an important role in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). We found the up-regulation of calcium-activated potassium channel KCa3.1 in AD patients’ brains. KCa3.1 was involved in the phenotype switch of reactive astrocytes. However, the role of KCa3.1 during the phenotype switch of astrogliosis is not clear. Our unpublished data indicated the interaction between KCa3.1 and Orai1 in the astrocytes, and KCa3.1/Orai1 signaling complex participated in the process of store-operated calcium entry (SOCE). This study will utilize the brain bank of AD patients, KCa3.1-/-/APP/PS1 AD mouse model, co-culture system of neuron-astrocyte to determine the relationship between KCa3.1/Orai1 and endoplasmic reticulum (ER) stress of astrogliosis in AD. Our study will clarify the mechanism of KCa3.1/Orai1 in regulating ER stress of astrogliosis via the SOCE in AD and provide a basis for KCa3.1 channel as AD therapy target and new drug discovery.

反应型星形胶质细胞在阿尔茨海默病（AD）病理过程中起着关键作用。AD进程中反应型星形胶质细胞失去促进神经元存活和突触形成等能力，进而引发神经元死亡。我们以往研究发现AD患者脑内高表达的KCa3.1参与反应型星形胶质细胞表型转化进而介导神经元毒性作用，然而其确切调控机制仍未阐明。本项目拟在前期发现星形胶质细胞KCa3.1和钙通道Orai1存在相互作用参与钙库操纵性钙内流（SOCE）的基础上，应用脑库AD患者样本、KCa3.1-/-/APP/PS1 AD小鼠模型，以及星形胶质细胞-神经元共培养体系，在人脑库样本-动物整体-细胞-分子水平系统研究KCa3.1/Orai1信号复合物表达变化与反应型星形胶质细胞内质网应激的相关性，阐明KCa3.1/Orai1信号复合物通过SOCE调控反应型星形胶质细胞钙超载引起内质网应激介导神经炎症的分子机制，为AD治疗新靶点及其新药研发提供理论基础。

背景：KCa3.1 调控阿尔茨海默病(AD)中反应型星形胶质细胞的表型转换过程。.方法：通过免疫印迹和免疫染色检测AD患者和APP/PS1小鼠模型中KCa3.1通道的表达和细胞定位。APP/PS1小鼠和KCa3.1-/-/APP/PS1小鼠进行水迷宫试验以评估空间记忆缺陷。通过免疫染色检测胶质细胞活化和神经元缺失。Fluo-4AM用于在体外测量β-淀粉样蛋白(Aβ)诱导的反应型星形胶质细胞中的胞质Ca2+水平。.结果：在Aβ刺激的原代星形胶质细胞, AD患者和APP/PS1 AD小鼠的脑组织中, KCa3.1 表达与内质网应激和未折叠蛋白反应(UPR)显著相关。KCa3.1通道显示出通过与原代星形胶质细胞中Ca2+通道Orai1的相互作用来调节存储操纵的Ca2+内流 (SOCE)。KCa3.1的基因缺失或药理学阻断通过蛋白激酶B(AKT)信号通路从而减轻星形胶质细胞中SOCE诱导的Ca2+过载和内质网应激。重要的是, KCa3.1的基因缺失或阻断在体内和体外恢复了AKT/mTOR信号转导机制。与这些体外数据一致，内质网应激标志物GRP78和CHOP蛋白的表达水平，以及反应型星形胶质细胞标志物GFAP的表达水平在APP/PS1 AD小鼠模型中增加。在KCa3.1-/-/APP/PS1小鼠中基因敲除KCa3.1缓解这些异常反应。与APP/PS1小鼠相比，KCa3.1-/-/APP/PS1小鼠海马中的神经胶质激活和神经炎症减弱。此外，APP/PS1小鼠的记忆缺陷和神经元丢失在KCa3.1-/-/APP/PS1小鼠中得到缓解。.结论：结果表明AD病理生理进程中KCa3.1和Orai1通道存在相互作用调控反应型星形胶质细胞SOCE过程钙超载引发内质网应激，进而导致神经元毒性作用，为进一步以KCa3.1通道作为AD治疗的新药物靶点提供理论基础和实验依据。