宋又强团队发现阿尔茨海默病发病的重要基因
2021-08-28 12:10·BioArtMED
2021年8月25日，香港大学李嘉诚医学院（港大医学院）宋又强研究团队首次报道将阿尔茨海默病 (AD) 两个标志性病理特征——β淀粉样蛋白（Aβ） 斑块和神经原纤维缠结 (NFT) 联系起来的重要基因。该基因为Pax6，是一个神经发育的关键转录因子，在成人中无压力诱导时，其功能处于相对静止。当大脑受到阿尔茨海默病侵袭后，Pax6显著上调。如果下调Pax6蛋白表达能减少 tau 磷酸化和β淀粉样蛋白诱导的神经元死亡。这项研究于2021年8月25日在线发表于 Brain期刊（题：Amyloid-b toxicity modulates tau phosphorylation through the PAX6 signalling pathway） (Oxford) 。
阿尔茨海默病 (Alzheimer’s disease, 简称AD)，又称老年痴呆，是一种进行性发展的神经系统退行性疾病。随着年龄的增长，该病的患病率增加。据世界卫生组织统计，在世界范围内，大约有五千万人患有痴呆症，每年有近一千万的新病例，预计到2030年，痴呆症的总人数将达到8200万，到2050年将达到1.52亿人。香港政府卫生长署健康服务人员的数据，精神健康检讨报告(2017)，香港患有认知障碍症的患者高达100,000，接近长者人口十分之一。阿兹海默病为最常见类型，占香港长者病例约65%。给家庭和社会造成沉重负担。临床早期常见表现为短期记忆缺失，中晚期出现语言障碍，定向障碍，行为改变等，患者逐渐丧失自理能力，直至死亡。阿尔茨海默病的病理表现为大脑β淀粉样肽 (Aβ) 的沉积和Tau蛋白的异常磷酸化，然而到目前为止，致病机制不是很清楚，还没有有效治疗方法。
β淀粉样蛋白 (Aβ) 斑块和过度磷酸化的 tau 形成神经原纤维缠结(NFT) 是阿尔茨海默病的两个标志性病理特征 (Canter et al., 2016; Edwards, 2019)。连接β淀粉样蛋白和tau蛋白的分子途径仍不清楚 (Bloom, 2014; He et al., 2018; Kant et al., 2020)。在八月发表的Brain杂志中，香港大学宋又强团队发现Pax6，一个在神经发育中的重要转录因子 (Osumi et al., 2008)，在阿尔茨海默病小鼠模型和病人大脑中表达升高。在AD神经元模型中，Pax6 表达的下调可以减少β淀粉样蛋白诱导的神经元死亡，此外，Pax6 有助于介导β淀粉样蛋白对tau 蛋白磷酸化的影响，揭示了阿尔茨海默病的新潜在治疗靶点。
作者首先检查了来自加拿大脑组织库的 14 个非AD大脑作为对照，和 14 个受 AD 影响的患者大脑额叶皮层Pax6 的表达水平，与对照组大脑相比，AD 大脑中的 Pax6 表达水平上调。为了在体内AD 模型中进一步确定这一观察结果, 作者研究了TgCRND8 小鼠，该小鼠出现早期β 淀粉样蛋白沉积和记忆障碍（Chishti et al., 2001），内嗅皮层中表达Pax6 的神经元比例显著增加，TgCRND8 小鼠自4 个月大以来，这种变化持续整个疾病阶段。
作者接下来在微阵列数据集中比较了来自AD 患者的176 个大脑样本和来自对照人脑的187 个大脑样本，发现Pax6 是染色质免疫沉淀 (ChIP) 测序数据集中的E2F1 调控目标之一，Pax6显示出与E2F1 使用蛋白质的最高相关性功能预测分析。为了进一步证实这一点，作者在 Pax6 启动子区域确定了 E2F1 和 c-Myb 的几个结合位点。小鼠皮层神经元和人类细胞系中的染色质免疫沉淀(Chip) 显示 E2F1 和 c-Myb 可以与 Pax6 的启动子结合。进一步的结果表明，Pax6 是 E2F1 及其下游目标 c-Myb 的直接目标。siRNA 对 E2F1 的沉默降低了 β 淀粉样蛋白诱导的 Pax6 和 c-Myb 过表达，表明 E2F1 负责它们的上调。重要的是，c-Myb 或 Pax6 的下调保护神经元免于由 β 淀粉样肽引起的死亡，这表明它们是该信号通路的必要下游介质。
最后，作者进行了全基因表达分析，以确定 Pax6 的下游靶标。RNA 序列结果显示 Pax6 调节 GSK-3β 的转录，GSK-3β 是一种参与 tau 过度磷酸化和 NFT 形成的激酶（Takashima，2006）。Pax6 的下调通过 GSK-3β 降低了 Ser356、Ser396 和 Ser404 的 tau 磷酸化。该研究提供了一种新机制，通过该机制，β 淀粉样蛋白神经毒性通过细胞周期激活和随后的 c-Myb/Pax6/GSK-3β 激活导致 tau 过度磷酸化。这种信号级联包含几个潜在的药物干预目标。因此，本研究的发现回答了 AD 研究中一个长期存在争议的问题，并为发现药物指明了方向。此外，作者发现有几种候选药物可用于抑制 Pax6 信号通路来治疗阿尔茨海默病。在初步结果中，使用这些候选药物治疗阿尔茨海默病小鼠模型表明这些药物可以显著改善 AD 小鼠模型的学习和记忆。这些发现将开辟另一种方式来对抗这种疾病，未来该团队将进行临床试验。
图文摘要
作者评述：
宋又强博士（通讯作者）：“虽然阿尔茨海默病的细胞周期假说已经提出多年，但它如何调节阿尔茨海默病两种病理特征的机制细节尚不清楚。我们的工作回答了β 淀粉样蛋白和过度磷酸化tau 之间缺失的联系。此外，我们在机制方面的新工作提供了一个独特的机会，通过重新利用FDA 批准的药物来抑制Pax6 信号通路，其中一项临时美国专利已获申请。”
张亚伦博士（第一作者）：“这项工作为我们对淀粉样蛋白斑块和 Tau 磷酸化之间相互作用的理解提供了新的见解，它有可能为阿尔茨海默病提供新的治疗靶点.
研究团队：
本研究是由港大医学院生物医学学院和脑与认知科学国家重点实验室的宋又强博士研究团队进行，包括之前的学生张亚伦博士，Cheung Toa Ng，周永轩先生， 贾亦真，张志刚；在读学生: 张秩，岳明，李斯文; 及香港大学生物医学学院金冬艳教授和Ms. Dana SM Wong及眼科系赵健博士。
该研究与多伦多大学 Tanz 神经退行性疾病研究中心合作，包括 Christopher Bohm 博士、Jennifer Griffin 博士、Ekaterina Rogaeva 教授、Paul E. Fraser 教授和同样来自剑桥大学的 Peter St George-Hyslop 教授。其他贡献者包括：香港中文大学中医学院袁秋菊；中国北京国家计划生育研究院王斌斌教授；奥斯陆大学临床分子生物学系的 Yahyah Aman 博士、Evandro F. Fang 教授。