载脂蛋白E缺失导致昼夜节律紊乱：机制和纠正方案研究

The role of apolipoprotein E (ApoE) in the maintainance of circadian rhythm is still obscure. Some reports showed that patients with Alzheimer's disease (AD) frequently complained problems in sleeping, and the arrhythmic sleep-wake cycles were associated with pathological changes of retina and the central clock suprachiasmatic nucleus (SCN) and downregulation of ApoE expression. Based on these preliminary findings, the present project was designed to demonstrate the change of circadian rhythm in ApoE knockout mice by monitoring the wheel-running activities. Further, the project would explore the underlying mechanisms, including the numbers and distributions of malanopsin-expressing retinal ganglial cells and the expression level of malanopsin, the metatropy of mitochondria and energy metabolism in SCN neurons, the potential abnormalities in the expression and circadian rhythm of melatonin in the pineal gland, and the effects of ApoE deficiency on the expression of Tau and A beta proteins. Based on above studies, the project would also design some strategies for improving or even correcting the abnormal circadian rhythms in ApoE knockout mice, including regulating the activities of Sirt1 and improving the energy metabolism of the SCN. The study may help to better understand the role of ApoE in neurodegenerative diseases including AD, and provide ideas and drug targets for preventing or curing circadian rhythm disorders in subjects with ApoE deficiency.

载脂蛋白E（ApoE）在正常昼夜节律维持中的角色目前仍未阐明。初步研究显示阿尔茨海默病（AD）患者的睡眠节律紊乱与ApoE表达下调及中枢钟视交叉上核（SCN）受损有关。本项目拟通过观察ApoE基因敲除小鼠跑轮昼夜节律的紊乱情况，明确ApoE在昼夜节律维持中的作用；探讨ApoE基因敲除导致昼夜节律紊乱的机制，包括视网膜视神经节细胞黑视素（malanopsin）的表达水平和节细胞亚型分布和数量的变化，SCN神经元线粒体的变性情况、能量代谢变化、Sirt1表达异常与昼夜节律紊乱的关系，松果体褪黑素（malatonin）的分泌水平及其昼夜节律的改变，以及ApoE缺失对脑中Tau蛋白和A?蛋白表达的影响；设计出改善甚或纠正ApoE缺失后昼夜节律紊乱的措施，包括调节Sirt1的活性和改善SCN能量代谢水平等。研究结果将有助于深入认识ApoE与神经退行性病变的关系并提供防治思路和药物靶点。

背景：载脂蛋白E（ApoE）在正常昼夜节律维持中的角色仍未阐明。阿尔兹海默病（AD）是一种目前尚无有效治疗方法的神经退行性疾病，本项目通过利用ApoE基因敲除小鼠，观察ApoE功能缺失时昼夜节律的改变及其可能机制，并针对这种机制研究出能有效改善AD样昼夜节律紊乱的措施，为AD的防治提供新思路和新途径。.主要研究内容： ApoE 基因敲除小鼠的昼夜节律究竟发生了什么样的改变以及其可能机制，并探讨改善昼夜节律紊乱的有效方法。.重要结果、关键数据：ApoE基因敲除小鼠表现为明显的跑轮昼夜节律紊乱，具体表现为跑轮昼夜节律的钝化和碎片化（如在LD光照时间仍出现跑轮活动，DD情况下节律性降低）、光导引作用减弱（对弱光的反应性降低，提示视网膜节细胞的感光能力降低）、倒时差速度减慢等；机制研究方面发现视网膜节细胞melanopsin表达明显降低，SCN线粒体严重退行性变，SCN突触退行性变，SCN中反映能量代谢水平的NAD/NADH比值降低，钟基因表达节律异常；视网膜、SCN和海马组织中有较严重的Tau蛋白和A蛋白沉积（与AD）的病理变化相似）；在治疗措施研究方面，发现食物中补充中性脂肪或酮体对上述昼夜节律紊乱有明显的纠正作用，而补充葡萄糖或尼克酰胺则无明显治疗作用。.科学意义：ApoE 基因功能缺失可导致视网膜节细胞和脑中SCN发生退行性变化，并出现类AD样脑内Tau蛋白和A蛋白沉积，最终导致昼夜节律紊乱；后者的关键分子机制是SCN神经元依靠葡萄糖氧化供能的潜能已近衰竭，而可能仅依靠脂肪酸氧化供能途径维持一定的功能活动。研究提示，给AD患者补充脂肪源性能源物质（如中性脂肪或酮体）是纠正昼夜节律紊乱的一个有效手段，而针对葡萄糖氧化供能或SIRT1基因的措施则无效。