ZnT1在阿尔茨海默病海马神经发生中的调控作用及其分子机制

阿尔茨海默病(AD)是目前我国严重影响老年人健康的神经退行性疾病之一，其发病与海马神经发生异常密切相关。研究证实锌转运体-1（ZnT1）对L型钙离子通道（LTCC）介导的钙离子内流及钙调素(CaM)相关信号具有调控作用，而LTCC活性改变在海马神经发生中起关键作用。前期研究中我们发现，ZnT1在AD患者和APP/PS1转基因小鼠海马表达显著升高，但其是否参与AD海马神经发生尚不清楚。本项目拟采用APP/PS1转基因小鼠和体外培养的小鼠海马神经干细胞为研究对象，运用基因转染、RNA干扰等技术，旨在探讨ZnT1在AD海马神经发生中对LTCC及其下游CaM-CREB-BDNF信号的调控作用机制，为确立ZnT1基因作为AD防治的新靶点提供充分的理论依据，同时为进一步开发调控AD神经发生的新药设计及基因治疗方法的建立奠定科学的实验基础。

随着微量元素研究的进展，脑锌代谢研究成为包括阿尔茨海默病(AD)在内的多种神经退行性疾病的病因、诊治和药物开发研究的重要领域之一。然而在神经系统内锌离子不能自由通过细胞膜，特定的转运蛋白和膜通道（如ZIP转运蛋白家族、ZnT转运蛋白家族和金属硫蛋白家族）参与锌的转运和代谢。ZnT转运蛋白家族包括近十个成员蛋白，其作用是将锌离子运出细胞或隐藏在细胞器内，其中ZnT1是ZnT家族中最先被发现的锌转运体，也是迄今为止在所有哺乳动物体内唯一定位于细胞膜上的ZnT家族成员蛋白，其功能是将锌离子外排出细胞。我们前期的研究发现，AD脑内老年斑中锌离子高度聚集，ZnT1与Aß共存于老年斑内，提示锌及其转运蛋白ZnT1与AD的密切相关性。在本项目中，我们采用APP/PS1转基因小鼠和体外培养的小鼠海马神经干细胞为研究对象，经过三年的实验研究，证实成年APP/PS1转基因小鼠海马ZnT1的表达虽然明显高于同龄对照小鼠，但幼年APP/PS1转基因小鼠海马ZnT1的表达却显著低于同龄对照小鼠，提示AD早期机体很可能通过下调ZnT1表达起到暂时性保护作用；在进一步的机制研究中，我们发现下调ZnT1表达可增加神经发生相关蛋白NeuroD、BDNF、TrkB的表达，证实了促进海马神经发生是下调ZnT1防治AD的重要途径之一；同时，我们发现下调ZnT1后小鼠海马锌离子与钙离子含量均升高，应用L型钙离子通道（LTCC）阻断剂，我们证实ZnT1在脑内不仅具有转运锌离子的作用，同时对LTCC具有明确的调控作用，并通过LTCC介导的“兴奋-神经发生偶联”调控着AD海马神经发生。上述研究结果从一个全新的视野揭示了ZnT1基因、LTCC及AD海马神经发生之间的病理生理联系，为AD的防治研究及药物开发提供了新的理论。