AMPK介导的线粒体动力学和线粒体自噬在阿尔茨海默病中的作用机制

Mitochondrial dysfunction induced by mitochondrial dynamics and mitophagy is one of the important pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). We found that inhibition of autophagy can repair abnormal mitochondrial aggregation and mitochondrial dysfunction caused by β-amyloid. AMP-activated protein kinase (AMPK) plays an important role in the pathogenesis of AD. Recently, multiple studies demonstrated that Drp1、PINK1/Parkin and ULK1 are the key proteins that regulate mitochondrial dynamics and mitophagy. These proteins are regulated by the AMPK pathway and their activities are changed in AD. Thus, we propose the following hypothesis that mitochondrial dynamics and mitophagy mediated by AMPK are involved in the pathogenesis of AD. Our studies include: 1. Molecular mechanisms of AMPK regulating mitochondrial dynamics in AD; 2. Molecular mechanisms of AMPK regulating mitophagy in AD. Studies of AMPK-mediated mitochondrial dynamics and mitophagy in AD will help find new therapeutic targets and new drugs which may have important theoretical significance and application value.

线粒体动力学和线粒体自噬参与的线粒体功能障碍是阿尔茨海默病（AD）的发病机制之一。我们发现，抑制自噬能修复β淀粉样蛋白引起的异常线粒体聚集和功能障碍。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是一种重要的参与AD发病的激酶。据最近报道，调节线粒体动力学和线粒体自噬的关键蛋白Drp1、PINK1/Parkin和ULK1，均受AMPK通路的调节，且在AD中存在活性改变。由此我们提出如下假说：AMPK介导的线粒体动力学和线粒体自噬参与了AD的发病机制。研究内容包括：1、AMPK调节线粒体动力学在AD发病中的分子机制；2、AMPK调节线粒体自噬在AD发病中的分子机制。对AMPK介导的线粒体动力学和线粒体自噬在AD中的机制研究，将有助于寻找新的治疗靶点和开发新型药物，具有重要的理论意义和应用价值。

线粒体动力学和线粒体自噬参与的线粒体功能障碍是阿尔茨海默病（AD）的发病机制之一。我们发现，抑制自噬能修复β淀粉样蛋白引起的异常线粒体聚集和功能障碍。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是一种重要的参与AD发病的激酶。据最近报道，调节线粒体动力学和线粒体自噬的关键蛋白Drp1、PINK1/Parkin和ULK1，均受AMPK通路的调节，且在AD中存在活性改变。由此我们提出如下假说：AMPK介导的线粒体动力学和线粒体自噬参与了AD的发病机制。我们的研究结果显示：1、APP转基因细胞系20E2是一种成功转染APP基因的细胞系，可以过表达APP、BACE1及Aβ，可以作为AD研究的细胞模型；2、APP转基因细胞系20E2存在电镜下线粒体形态异常和膜电位明显减低，NA-K-ATP酶及过氧化氢酶活性明显减低，说明APP基因转染可以导致线粒体形态、功能和蛋白水平的损伤；3、20E2细胞较HEK293细胞LC3-II、PINK-1、Parkin蛋白表达水平明显增加，且Parkin蛋白与线粒体存在共定位，说明APP基因转染可以导致线粒体自噬异常增强；4、20E2细胞的线粒体分裂相关蛋白Drp1和线粒体融合相关蛋白OPA1表达均明显减少，提示APP基因转染可以导致线粒体动力学功能障碍；5、20E2细胞较HEK293细胞pAMPK、pULK1表达明显减少，加用AMPK的激动剂AICAR后pAMPK、pULK1表达明显增加，分裂及融合相关蛋白表达均有减少趋势，但上述蛋白在20E2和HEK293细胞中表达量的比值明显升高，提示APP基因转染引起的线粒体自噬和线粒体动力学异常受到AMPK信号通路的调节。另外，本课题组同时进行了项目计划书以外的部分动物实验工作，进行了不同月龄APP/PS1转基因小鼠的脑组织标本留存，拟进行相关线粒体动力学和线粒体自噬相关形态学、相关蛋白表达和调节通路蛋白表达的研究，目前正在进行中。总之，本研究发现了APP基因转染可以导致线粒体自噬和线粒体动力学障碍，并受AMPK信号通路的调节。基本完成了项目计划书的设计内容，同时为下一步的后续研究开拓了新的思路和方向。