血浆谷氨酸清除剂对β淀粉样蛋白诱导的大鼠海马LTP抑制作用的影响

In early onset Alzheimer’s disease, soluble Aβ are known to inappropriately increase extracellular glutamate concentration by enhancing the release and decreasing the reuptake, which disrupts synaptic plasticity by activating glutamate receptors. Our latest study shows that an alternative blood-based glutamate scavenging system, glutamate-oxaloacetate transaminase, shows ability to reducing serum level of glutamate, and relieves Aβ-mediated synaptic plasticity disruption. We hypothesized that the scavenging of serum glutamate may account for an enlargement of cross blood brain barrier gradient, which enhancing the glutamate transportation to peripheral and abrogating the LTP inhibition mediated by Aβ. It is still unclear how the peripheral intervention affects the central nerve system, and its relevance to AD pathology remains to be elucidated. In this project, we will use multifaceted approaches including microdialysis, biochemistry to analyze the glutamate level in interstitial fluid of hippocampus and serum at specific time points. We will also use anesthetized or free moving electrophysiology recordings in exogenous Aβ model and APP transgenic rats to explore the role of glutamatergic mechanism in Aβ mediated LTP inhibition. We believe these studies will help to understand the mechanisms of AD pathology, thus providing novel strategy for AD treatment.

在阿尔茨海默病（AD）早期，β淀粉样蛋白（Aβ）诱导的谷氨酸细胞外积聚可以产生兴奋性毒性，进而扰乱突触可塑性。申请者近期的研究发现，静脉注射谷草转氨酶（GOT）催化的谷氨酸清除剂，可以逆转Aβ对长时程增强（LTP）的急性抑制作用。此现象可能的机制是，通过清除外周血谷氨酸，扩大跨血脑屏障浓度梯度，加速谷氨酸向外周转运，降低中枢兴奋性毒性。然而，GOT静脉注射对中枢系统的影响尚不明确，且在慢性AD模型中的作用仍需讨论。我们推测，静脉注射GOT溶液可以同时降低血浆和中枢系统细胞外液谷氨酸浓度，并逆转Aβ诱导的慢性LTP抑制作用。本项目将采用微透析技术对海马区细胞外液谷氨酸含量进行定量分析；并运用清醒与麻醉在体电生理记录技术，重点研究不同用药方案对慢性及APP转基因模型大鼠海马区LTP的影响。从而为进一步了解AD早期的发病机制提供实验依据，为新药物开发提供新的思路。

在阿尔茨海默病（AD）早期，β淀粉样蛋白（Aβ）诱导的谷氨酸细胞外积聚可以扰乱突触可塑性。而谷草转氨酶（GOT）催化的谷氨酸清除剂，在近期的研究表现出对抗Aβ毒性的作用，为治疗或预防AD提供了新的思路及研究方向。本研究建立了小鼠海马细胞外液微透析结合侧脑室注射的动物模型，借助神经电生理，分子生物学等手段，从行为学，药理学，形态学等层面，对比不同干预对野生型及APP转基因小鼠的影响，从而研究血浆谷氨酸清除剂对Aβ诱导的大鼠海马LTP抑制作用的影响。具体进行了以下研究：1）免疫组织化学染色镜下对皮质层、海马区Aβ沉淀进行观察，明确APP转基因小鼠月龄与Aβ沉淀之间的关系，为实验动物的选择提供依据；2）微透析探头采集小鼠海马细胞间液检测谷氨酸浓度，从而探讨转基因小鼠与同源野生型小鼠谷氨酸浓度的水平以及GOT干预后的影响；3）建立稳定的电极埋置、术后恢复及清醒状态下电生理记录的动物模型，并研究不同干预对LTP水平的影响。此外在原定研究计划的基础上，我们进一步开展了：1）对APP/PS1 转基因小鼠及GOT与Ex527（sirt1抑制剂）干预后进行电生理记录；2）运用Morris水迷宫、Y迷宫、SOR系列行为学实验对 APP/PS1 转基因小鼠及GOT与Ex527干预后进行认知功能与学习记忆的评估；3）使用免疫电镜技术观察APP/PS1 转基因小鼠和同源野生型小鼠海马区突触与线粒体形态，以及GOT与Ex527药物干预后的形态变化。.我们发现：1）4-9月龄的APP转基因小鼠Aβ斑块形成情况较为适合本研究；2）4-7月龄AP转基因小鼠海马区细胞间液Glu浓度较同源野生型小鼠显著性升高，而GOT干预后显著性降低。3）GOT可以显著提升APP转基因小鼠的行为学表现，且此现象可能是sirt1激活依赖的。4）我们发现GOT的应用可以诱导APP小鼠在蛋白表达及神经形态学方面产生变化。.本研究建立了转基因小鼠谷氨酸水平检测的慢性模型，从而对Aβ毒性的作用机制进行了较为深入的探讨，为AD的研究提供了新的思路，也为谷氨酸清除剂作为治疗和预防AD的新靶点提供了新的证据。