Sci Transl Med|鲁汶大学团队发现阻止疾病相关形式的坏死性凋亡可以挽救阿尔兹海默症

学术   2024-11-19 00:00   上海  

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撰文七  七

责编︱王思珍


阿尔茨海默病AD是最常见的导致痴呆的神经退行性疾病[1]。神经病理学上,AD的特征是两个标志性病变:神经原纤维缠结(NFT和淀粉样斑块。NFT是由异常磷酸化的tau蛋白pTau组成的神经元内聚集体,而淀粉样斑块是淀粉样蛋白- β蛋白的细胞外沉积[2]针对ADtau蛋白的药物目前正在开发中,但尚未获得批准[3]。第一批针对的药物最近被批准用于治疗阿尔茨海默病。尽管这些靶向的药物在减少大脑淀粉样蛋白负荷方面显示出了希望,但它们对认知能力下降的影响仍然有限[4]。当靶向时,神经退行性过程减慢,但不能完全停止[5]。由坏死体聚集引起的坏死性调亡与阿尔茨海默病的神经元丧失有关[6]因此,预防神经元功能障碍和退行性变可能是阻止AD患者认知障碍的关键。


近期,鲁汶大学Dietmar Rudolf Thal团队在Science Translational Medicine上发表了题为“Inhibition of an Alzheimer’s disease–associated form of necroptosis rescues neuronal death in mouse models”的文章。在这里,利用免疫组织化学,作者在发生Tau病理的转基因小鼠和淀粉样蛋白前体蛋白APP -Tau双转基因小鼠的原代神经元中发现了活化的坏死性调亡相关蛋白。颗粒空泡变性GVD体中的坏死性调亡蛋白与小鼠大脑区域的神经元丢失有关,这些区域也已知易受人类AD大脑中GVD的影响。坏死性调亡抑制剂降低了转基因小鼠和原代小鼠神经元中显示GVD的神经元百分比,并减少了神经元损失。这表明GVD相关的坏死性调亡形式称之为“GVD-坏死性调亡可能代表AD患者坏死性调亡的延迟形式。总之,抑制坏死性调亡可以挽救这种类型的AD神经元死亡。

 

作者分析了不同β-淀粉样蛋白APP)tau蛋白转基因小鼠模型,包括APP23TAU22TAU58APP23xTAU58等。结果发现,TAU22TAU58APP23xTAU58小鼠模型中,神经元内出现了类似人类AD脑组织的细胞凋亡相关颗粒(GVD),并伴有坏死性信号通路的激活,表现为pMLKL蛋白的积累。进一步分析发现,GVD相关的坏死性凋亡主要发生在海马旁小叶和CA1区域的神经元中。定量分析显示,APP23xTAU58小鼠中26.4%的神经元出现pMLKL阳性的GVD,明显高于野生型小鼠的0.9%。同时,这些模型也表现出不同程度的神经元密度降低,APP23xTAU58小鼠最为严重。综上所述,TAU22TAU58APP23xTAU58转基因小鼠是研究AD相关坏死性凋亡的合适模型,为进一步探究其致病机制提供了良好的实验平台。

 
1 AD病理小鼠模型中,GVD相关的坏死性调亡与神经元丢失有关


作者在12月龄的APP23xTAU58小鼠大脑的另一个区域杏仁核,进行了类似的定量分析。与海马旁小叶和CA1区域相似,在杏仁核中也观察到了tau蛋白转基因小鼠含或不含APP转基因表现出的坏死性凋亡激活和神经元丢失,但效果相对较弱。具体来说,在APP23xTAU58小鼠的基底外侧杏仁核,pMLKL阳性的GVD阳性神经元明显增加,与野生型小鼠相比存在显著差异p<0.001。这种变化伴随着该区域神经元数量的减少,APP23xTAU58小鼠的神经元密度显著低于野生型小鼠。总之,杏仁核的分析结果进一步证实,在含有tau蛋白突变的小鼠模型中,存在AD相关的坏死性凋亡信号通路的激活,这与神经元丢失相关。

 
2 小鼠杏仁核神经元GVD—坏死性调亡增强与神经元密度呈负相关


为了进一步验证tau蛋白聚集能诱导GVD介导的坏死性凋亡,作者从转基因小鼠分离培养海马和皮质神经元,在第25天左右时观察到细胞活力下降,其中海马神经元损失更为严重。使用坏死抑制剂Nec-1s能够部分挽救AD tau诱导的海马神经元损失,说明这种细胞死亡过程涉及坏死性凋亡。进一步分析发现,在AD tau处理的海马神经元中,坏死信号分子pRIPK1pRIPK3pMLKL都呈现颗粒状分布,并与GVD标志物CK1δ共定位,说明了坏死性凋亡通路的激活。综上所述,这一体外神经元培养模型验证了tau蛋白聚集能够诱导神经元中GVD相关的坏死性凋亡信号通路的激活。

 
3AD脑源性tau蛋白在体外激活小鼠神经元坏死性调亡


基于APP23xTAU58小鼠在GVD相关坏死性凋亡和神经元丢失方面表现最为明显,作者选择该模型进行后续的神经病理分析和药物干预实验。为确定合适的药物干预时间窗,作者分析了2612月龄APP23xTAU58小鼠海马旁小叶和杏仁核区域的pMLKL阳性神经元比例及神经元密度。结果显示,在6月龄的APP23xTAU58小鼠中,海马旁小叶和杏仁核区域出现了显著的神经元密度降低和pMLKL阳性神经元增加,而2月龄时这些指标与野生型小鼠无明显差异。进一步分析发现,尽管APP23xTAU58小鼠存在明显的神经元丢失,但突触密度在6月龄和12月龄时与野生型小鼠相比并无显著变化。

 
4神经元丧失和GVD-坏死性调亡的严重程度随着年龄的增长而增加


为了验证GVD相关的坏死性凋亡导致神经元死亡,并可以被坏死抑制剂阻止,作者对APP23xTAU58小鼠进行了为期4个月的药物干预实验。作者使用两种RIPK1RIPK3抑制剂ponatinibdabrafenib,结果显示这两种药物都能显著降低6月龄APP23xTAU58小鼠海马旁小叶区域pMLKL阳性神经元的比例。与对照组相比,ponatinibdabrafenib处理组的神经元密度也显著增加,两组之间无明显差异。进一步分析发现,药物处理能够减少GVD病灶中pRIPK1pRIPK3的表达,说明确实抑制了坏死性凋亡信号通路的激活药物干预未影响tau蛋白的磷酸化水平和突触密度,提示坏死性凋亡抑制主要通过保护神经元本身来发挥作用。
 
5药物抑制坏死性调亡可减少GVD介导的细胞死亡


文章结论与讨论,启发与展望

总的来说, pTau聚集体可能激活小鼠脑神经元中的GVD-坏死性调亡细胞死亡途径。在AD病理小鼠模型中,使用靶向RIPK1RIPK3的脑渗透小分子抑制GVD-坏死性调亡途径,降低了坏死性调亡效应因子pMLKL的激活,并保护神经元免受退化。与典型的坏死性调亡相反,GVD-坏死性调亡表现出一种改良形式的坏死性调亡,似乎可以延缓AD小鼠模型中的神经元死亡。这些发现表明,坏死性调亡抑制应进一步研究作为补充Tau定向治疗AD的潜在治疗策略。然而,药物干预仅在2-6月龄的时间点进行,这个时间点动物尚未出现明显的淀粉样蛋白聚集或突触密度变化,神经元损失可能还在得到某种代偿性保护。此外,需要进一步探究是否抑制坏死性凋亡也能在更晚期AD病理特征出现后,即6月龄以后,预防神经元死亡和认知缺陷。


原文链接:DOI: 10.1126/scitranslmed.adf5128


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参考文献
1 Alzheimer’s Association, 2023 Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimers Dement. 19, 1598–1695 (2023).

2 C. L. Masters, G. Simms, N. A. Weinman, G. Multhaup, B. L. McDonald, K. Beyreuther, Amyloid plaque core protein in Alzheimer disease and Down syndrome. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 82, 4245–4249 (1985).

3 J. Cummings, Y. Zhou, G. Lee, K. Zhong, J. Fonseca, F. Cheng, Alzheimer’s disease drug development pipeline: 2023. Alzheimers Dement. 9, e12385 (2023).

4 K. Y. Liu, R. Howard, Can we learn lessons from the FDA’s approval of aducanumab? Nat. Rev. Neurol. 17, 715–722 (2021).

5 J. A. Nicoll, D. Wilkinson, C. Holmes, P. Steart, H. Markham, R. O. Weller, Neuropathology of human Alzheimer disease after immunization with amyloid-­beta peptide: A case report. Nat. Med. 9, 448–452 (2003).

6 A. Caccamo, C. Branca, I. S. Piras, E. Ferreira, M. J. Huentelman, W. S. Liang, B. Readhead, J. T. Dudley, E. E. Spangenberg, K. N. Green, R. Belfiore, W. Winslow, S. Oddo, Necroptosis activation in Alzheimer’s disease. Nat. Neurosci. 20, 1236–1246 (2017).
编辑︱王思珍
本文完

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