PTEN通过激活细胞程序性坏死通路促进APP淀粉样蛋白代谢的机制研究

Recent studies have shown that the expression levels of phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10 (PTEN) are significantly elevated in the brains of Alzheimer's disease (AD) patients and model mice. PTEN impairs synaptic and cognitive functions by promoting necroptosis. Necroptosis, a programmed form of necrosis, is triggered by receptor-interactive protein kinases 1 and 3 (RIPK1 and RIPK3) and the mixed lineage kinase domain-like protein (MLKL). New research showed the protein expressions of RIPK1/RIPK3/MLKL were closely related with the pathology alteration of AD. Interestingly, PTEN inhibitors inhibit programmed cell necroptosis as well as Aβ plaque formation, but the mechanism is not clear. Our previous results showed that PTEN could inhibit PPARγ entry into the nucleus through promoting the phosphorylation levels of RIPK1/RIPK3/MLKL, three key proteins in necroptosis pathway. Since PPARγ is a nuclear transcription factor regulating the transcription of the subunits of β- and γ-secretase, the APP proteolytic enzymes, this project sets up the working hypothesis that PTEN activates neuronal amyloidogenesis through RIPK1/RIPK3/MLKL/PPARγ pathway, promotes the production and deposition of Aβ and accelerates the pathological process of AD. This project intends to apply osmotic minipumps to inject PTEN inhibitor into lateral ventricle of APP/PS1 transgenic mice, and combine with N2aSW cell which overexpresses PTEN gene, to clarify that PTEN promotes transcription and expression of β- and γ-secretase subunits through necroptosis pathway, activates neuronal amyloidogenesis, and promotes Aβ production. Thus this project will provide sufficient theoretical basis for PTEN as a new target for AD diagnosis and treatment.

近期研究表明，同源性磷酸酶-张力蛋白(PTEN)水平在阿尔茨海默病(AD)患者和模型小鼠脑内显著升高，通过促进细胞程序性坏死损伤突触和认知功能。PTEN抑制剂在抑制细胞程序性坏死的同时，还抑制Aβ老年斑形成，但其机制尚不清楚。申请人前期发现PTEN通过促进程序性坏死通路蛋白RIPK1/RIPK3/MLKL磷酸化进而抑制PPARγ入核。由于PPARγ是调控APP剪切酶β-和γ-分泌酶亚基mRNA转录的核转录因子，因此本项目提出“PTEN通过RIPK1/RIPK3/MLKL/PPARγ通路激活APP淀粉样代谢途径，促进Aβ产生与沉积，加速AD病程”这一工作假说。本项目拟应用微渗透泵给予AD小鼠侧脑室注射PTEN抑制剂，结合过表达PTEN基因的细胞实验，旨在阐明PTEN通过细胞程序性坏死通路激活淀粉样蛋白代谢途径，促进Aβ产生的确切分子机制，为将PTEN作为AD诊治新靶点提供充分的理论依据。

阿尔茨海默病 (Alzheimer's disease, AD) 是一种以进行性认知功能障碍 和记忆损害为主要特征的神经退行性疾病，其发病机制尚不明确，目前主要认为Aβ沉积形成的老年斑和tau蛋白过度磷酸化是AD的主要病理特征，近年来发现一种新的死亡方式铁死亡可通过与Aβ和tau蛋白过度磷酸化的相互作用，进而加剧AD病理进程。Aβ是由前体蛋白APP经淀粉样剪切途径中β-和γ-分泌酶依次剪切产生。因此，调节APP代谢途径可延缓AD的病理进程。以往研究显示，同源性磷酸酶-张力蛋白PTEN通过调节APP淀粉样剪切途径参与AD的发生和发展。此外，PTEN作为一种AKT的抑制剂，PTEN的下调可激活AKT磷酸化水平，基于此，我们猜测PTEN可能通过AKT/Nrf2/GPX4信号通路调节铁死亡。.近期研究表明，PTEN水平在AD患者和模型小鼠脑内显著升高，抑制PTEN表达可显著减少Aβ老年斑形成，改善认知功能障碍，但是作用机制尚不清楚。为此，本项目采用腺相关病毒 (AAV9) 构建PTEN沉默基因AAV-shPTEN分别处理AD模型小鼠APP/PS1和tauP301S转基因小鼠，利用慢病毒构建低表达PTEN的N2aSW细胞，联合通路抑制剂处理，分析低表达PTEN对Aβ生成以及tau蛋白过度磷酸化的影响，进而明确其在AD病理生理进程中的作用及其分子机制。本项目研究结果显示，AAV-shPTEN海马注射5周后，APP/PS1和tauP301S转基因小鼠学习能力明显改善，其作用机制可能是通过AKT/Nrf2通路下调β-分泌酶BACE1的表达和AKT/HIF-1α促进α-分泌酶ADAM10的表达而减少Aβ的生成，同时通过下调PP2A活性抑制tau蛋白过度磷酸化。此外，抑制PTEN活性后，HO-1、NQO1、SOD1、SOD2以及GPX4的表达显著上调，DNA氧化损伤标记物8-oHdG表达水平下调，12/15 LOX、4-HNE和MDA表达下调。结果显示，PTEN沉默后还可通过抑制氧化应激及脂质过氧化水平抑制铁死亡的发生，最终改善APP/PS1转基因小鼠的认知功能障碍，体外细胞实验进一步证实低表达PTEN可通过AKT/HIF-1α和AKT/Nrf2信号通路抑制APP淀粉样蛋白途径，进而减少Aβ的生成。本研究为PTEN参与AD发病机理提供实验依据，而且为寻找有效的AD治疗靶点提供理论基础。