阿尔茨海默症病理过程中硒蛋白R与神经元突触可塑性损伤关系的研究

The redox of actin plays an important role in the regulation of synaptic plasticity. Recently, it has been demonstrated that oxidation of the 44 and 47 methionine residues of actin to methionine-R-sulfoxide promoted F-actin depolymerization and further inhibited G-actin polymerization. Whereas, Selenoprotein R (SelR) could convert aforementioned methionine-R-sulfoxide to their reductive form, thus restoring actin the ability of aggregation. Furthermore, the works accomplished by our group showing that in mouse brain SelR was specifically expressed at the Orien stratum/Alveus of hippocampal CA1 region, where it is believed to relate with information transmission between hippocampus and other parts of limbic system. In addition, the expression of SelR was significantly down-regulated in the brain of 3×Tg AD model mice vs. their wild type counterparts. This is consistent with the up-regulation of oxidated actin level in brain of those mice. Therefore, we will assess the level of oxidated actin and the LTP after overexpression of SelR in the brain of 3×Tg AD model mice vs. control, and further compare the difference of the LTP between the SelR knockout mice and WT mice, in the meantime, we will also evaluate the impact of SelR knockdown on the synaptic plasticity by using two-photon microscopy. Consequently, we would demonstrate the involvement of SelR in regulation of synaptic plasticity during the process of AD pathology through its reductivity on actin.

肌动蛋白的氧化还原对神经元突触可塑性具有重要调节作用。最近研究发现，肌动蛋白第44和第47位甲硫氨酸受氧化形成亚砜会使微丝解聚，而硒蛋白R能够在体外使上述亚砜得到还原，从而恢复肌动蛋白的聚集能力。本项目组发现，在小鼠脑组织中SelR特异性表达于海马CA1区的Orien stratum/Alveus，这一区域与海马组织与其他周围系统间的信息传递有关。另外，在3×Tg AD模型小鼠脑组织中SelR的表达与野生型小鼠相比具有显著性的降低，这可能与AD小鼠脑组织氧化型肌动蛋白水平升高有关。因此，本项目将在3×Tg AD模型小鼠脑组织内过表达SelR，检测其对海马组织氧化型肌动蛋白水平及LTP的影响，同时对比SelR敲除小鼠与野生型小鼠海马组织LTP的差异，并利用双光子荧光显微镜检测敲低SelR对神经元突触的影响。从而说明在AD病理过程中SelR通过肌动蛋白还原能力对突触可塑性的调节作用。

阿尔茨海默症的主要病理特征，除了Amyloid-beta斑块的形成和Tau蛋白聚集之外，神经元突触数量的减少与早期记忆能力损伤最为密切相关，这可能与神经元内肌动蛋白聚集能力的损伤有关。在本课题的研究中我们发现阿尔茨海默症模型鼠脑组织中甲硫氨酸亚砜还原酶B1（MsrB1）的蛋白降低非常显著。进一步，mRNA水平的研究表明小鼠脑组织中MsrB1在神经元和胶质细胞中均有表达，但是在星形胶质细胞和小胶质细胞中表达水平均高于神经元；而MsrA在星形胶质细胞中的表达水平高于神经元，且二者均高于小胶质细胞；MsrB2和MsrB3则均高表达于星形胶质细胞，且在神经元和小胶质细胞中的表达水平非常低。这说明Msr家族成员在中枢神经系统中的表达具有细胞类型特异性。利用基因敲除小鼠模型，我们研究发现敲除MsrB1后，小鼠脑组织中出现星形胶质细胞增生和迁移的现象，同时电生理检测表明MsrB1敲除小鼠的脑片海马CA1区强直电刺激引起的长时程增效现象与野生型小鼠相比显著降低，并伴随神经元中钙调蛋白激酶II（CAMKII)的磷酸化水平显著降低。利用水迷宫检测敲除小鼠的空间以及能力，发现该小鼠的空间记忆能力受到损伤。然而，MsrB1缺失并没有影响整个脑组织的发育，尤其是神经元树突棘的数量。根据这些结果，我们推测MsrB1在体内并不是主要通过调节肌动蛋白聚集能力发挥通能，而是通过调节CaMKII磷酸化水平起作用，这与之前CaMKII met-281氧化影响其磷酸化水平的报道相一致。是否能通过补充硒元素增加MsrB1的表达水平，进而调节CaMKII磷酸化和突触可塑性来改善阿尔茨海默症患者的突触损伤，还需要进一步研究。