水通道蛋白4调节星形胶质细胞对α-synuclein的清除在帕金森病发病机制中的作用

Formation and accumulation of misfolded α-synucelin (α-Syn) is a central hallmark of Parkinson's disease (PD). Recent studies found that astrocytes are crucial in clearance of abnormal proteins, such as Aβ and α-Syn. We have demonstrates that AQP4 plays an important role in the pathophysiology of PD. Furthermore, we found that AQP4 deficiency induced α-Syn aggregation in midbrain, and reduced the astroglial clearance of α-Syn in cell culture. Thus, we suppose that AQP4 regultes the astroglial clearance of α-Syn, which is involved in the vulnerability of DA neurons to neurodegeneraion. Here, using AQP4 knockout mice and AQP4-A25Q knockin mice, we first determined whether AQP4 regulates the propagate and spread of pathological a-Syn conversion when introduced into mice by stereotaxic injections or transfection. Furthermore, primary astrocyte culture from adult or neonatal mice are used to study the cellular mechanism of AQP4 underlying the clearance of α-Syn. These findings will demonstrate that glial AQP4 regulates the clearance of abnormal protein α-Syn in PD.

α突触核蛋白（α-synucelin, α-Syn）的错误折叠、异常聚集及其在细胞间的传播是帕金森病（Parkinson’s disease, PD）病理机制的核心。目前已发现，脑内星形胶质细胞具有直接清除和吞噬脑内废物的能力。而申请者在既往国家自然科学基金的资助下已阐明水通道蛋白4（Aquaporin-4，AQP4）参与PD的发生发展；进一步发现AQP4敲除引起小鼠中脑α-Syn的表达显著增加，导致星形胶质细胞清除α-Syn的能力下降。因此，申请者提出“AQP4通过调节星形胶质细胞α-Syn的清除能力影响PD的进程”。本项目拟应用AQP4敲除鼠和AQP4-A25Q突变敲入鼠，借助显微成像流式细胞技术和激光共聚焦活细胞观测技术，研究、阐明不同亚型或膜分布特点的AQP4调节星形胶质细胞清除α-Syn的机制及其在PD病理进程中的作用，为发展基于星形胶质细胞的新型抗α-Syn药物提供新靶标。

本项目主要探讨水通道蛋白4 （AQP4）介导的脑内胶质淋巴系统对α-突触核蛋白（αSyn）清除及帕金森病样表现的影响。应用AQP4敲除小鼠作为持续性胶质淋巴系统障碍模型，观察不同年龄小鼠各脑区αSyn的表达及行为学改变；免疫组化法观察各脑区神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的变化；高尔基染色法观察黑质和纹状体神经元突起结构；Western Blotting法检测自噬和泛素化降解途径的关键蛋白。结果发现：持续性胶质淋巴系统功能障碍导致二月龄小鼠嗅球、皮层、海马、纹状体和中脑各脑区αSyn表达增加，激活自噬降解途径，出现嗅觉功能降低、排便减少及爬杆时间延长等早期类帕金森病样表现。同时，选择性的引起中脑和纹状体星形胶质细胞和小胶质细胞增殖，神经元棘突数量减少，突触运输受损。随着年龄的增加，二十月龄小鼠出现中脑和纹状体病理性磷酸化αSyn的增多，多巴胺能神经元数量显著减少。这些研究结果表明：AQP4介导的脑内胶质淋巴系统参与调节中枢αSyn的清除，其持续性的功能障碍与帕金森病的发生发展相关。