Adv Sci︱厦门大学张杰/冷历歌团队阐明甘露糖促进阿尔茨海默病进展的病理机制,及限制甘露糖饮食对认知损伤的改善作用

学术   2025-01-20 00:02   上海  


撰文冷历歌

审阅︱张  杰

责编︱王思珍

阿尔茨海默病Alzheimer’s DiseaseAD是一种以记忆缺失、认知功能缺损为主的临床综合征,以细胞外β-淀粉样蛋白沉积形成的老年斑、细胞内Tau蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结为主要病理特征。65岁以上老人为AD患病高发人群,随着老龄化日益严重,预计截至2050年全球将超1亿AD患者。AD发病机制及治疗研究已成为关注热点,然而,迄今为止AD的发病机制仍未阐明,关于AD的治疗手段仍极度匮乏,因此阐明AD新的发病机制,开发AD新的治疗手段已经成为亟待解决的科研问题之一。代谢紊乱AD致病的重要诱因之一,尤其是糖代谢紊乱和AD的发生发展密切相关,基于AD病理进程中的单糖代谢改变出发,更有利于发现AD新的发病机制。


2025114日,厦门大学医学院神经科学研究所张杰教授和冷历歌教授团队在Advanced Science杂志上发表题为Mannose promotes β-amyloid pathology by regulating BACE1 glycosylation in Alzheimer’s disease的研究论文[1]阐明在阿尔茨海默病中,甘露糖通过调节BACE1糖基化促进β-淀粉样蛋白沉积的病理机制,以及限制甘露糖饮食对AD认知损伤的改善作用。

 
既然糖代谢在AD病程中发挥着重要作用,那么在多种单糖中,都有哪些单糖显著影响AD的病理进程呢,为了回答这一问题,张杰教授研究团队对AD小鼠脑组织和血清,以及AD患者血清中的单糖水平变化进行了检测,筛选到甘露糖的水平与阿尔茨海默病的病理特征密切相关。

1 甘露糖在AD患者血清、AD小鼠脑中和血清中显著增高


为深入探究甘露糖对认知功能和AD病理进展的影响,该团队通过脑室内注射和让AD小鼠饮水摄入甘露糖两种方式,均发现甘露糖摄入会增加β淀粉样蛋白()的病理特征并加剧AD小鼠的认知障碍

2 甘露糖摄入会显著增加AD小鼠的病理特征和认知损伤,而甘露糖限制饮食对AD小鼠病理特征和认知损伤有改善作用


而无甘露糖饮食、甘露糖抑制剂-2,5-脱水-d-甘露糖(2,5-AM)和α-甘露糖苷酶抑制剂kifunensineKif均可以改善AD小鼠的病理进程和认知损伤。


机制上,单细胞转录组学和代谢组学均提示,甘露糖可促进β-分泌酶1BACE1)和NicastrinN-糖基化,从而提高其蛋白质稳定性,促进的产生相反,减少甘露糖的摄入会降低BACE1Nicastrin的稳定性,最终减少的产生并减轻AD病理特征。

本文的总结图

文章结论与讨论,启发与展望

综上所述,在该项研究中研究团队发现AD患者和AD小鼠的血清和脑甘露糖水平均显著升高。补充甘露糖会加重AD小鼠的淀粉样斑块沉积和认知障碍。而喂食无甘露糖饮食的AD小鼠表现出病理特征和认知损伤的改善。同时,甘露糖拮抗剂2,5-AMα-甘露糖苷酶抑制剂kifunensine均可以改善AD小鼠的病理特征和认知损伤的改善。从机制上讲,甘露糖通过高甘露糖N-糖基化促进BACE1Nicastrin的稳定性,进而增加了的生成,加重了AD小鼠脑中的粉样斑块沉积和认知损伤。这些发现突显了长期高剂量甘露糖摄入的潜在风险,虽然之前的研究强调了甘露糖在肿瘤中的治疗潜力[2-4],但该研究中的结果为甘露糖在AD进展中的复杂作用提供了较为关键的见解,并对有认知障碍风险人群或肿瘤患者的长期高剂量甘露糖补充提出了警示,未来的研究有必要进一步探讨甘露糖在不同生理和病理条件下的剂量反应关系和长期神经认知效应。


原文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202409105


厦门大学医学院神经科学研究所张杰教授和冷历歌教授为本论文的通讯作者。博士生梁晨思和已毕业的硕士生袁子淇为本论文的共同第一作者。本研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学杰出青年基金、联合基金重点项目,衰老重大研究计划重点项目、国家自然科学基金面上项目、中央高校基本科研业务费、福建省杰出青年基金等的资助和支持。
 
张杰/冷历歌团队

通讯作者简介:张杰,厦门大学医学院副院长,教授、博导、国家杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金、教育部新世纪优秀人才等获得者。长期从事重大脑疾病比如阿尔茨海默病(AD)、抑郁症等的致病机理和药物开发研究。至今以第一作者或通讯作者发表论文50余篇,包括Nature Neuroscience, Nature Metabolism, Neuron, Biological Psychiatry, Cell Reports, Plos Biology, Advanced Science, PNAS等。热忱欢迎优秀博士后加盟,同时欢迎优秀学子报考张杰教授课题组的博士、硕士研究生。联系方式:jiezhang@xmu.edu.cn


通讯作者简介:冷历歌,厦门大学医学院教授、博导、教育部长江学者-青年学者,南强青年拔尖人才。长期从事阿尔茨海默症、抑郁症的机制研究工作。近五年来在Nature MetabolismNeuron, Cell Reports, Plos Biology, Advanced Science等杂志发表多篇学术论文。热忱欢迎优秀博士后加盟,同时欢迎优秀学子报考冷历歌教授课题组的博士、硕士研究生。联系方式:lenglige@xmu.edu.cn


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参考文献


1.Liang C, Yuan Z, Yang S, Zhu Y, Chen Z, Can D, Lei A, Li H, Leng L, Zhang J. Mannose Promotes β-Amyloid Pathology by Regulating BACE1 Glycosylation in Alzheimer's Disease. Adv Sci (Weinh). 2025 Jan 14:e2409105. doi: 10.1002/advs.202409105. Epub ahead of print. PMID: 39807036.

2.Gonzalez PS, O'Prey J, Cardaci S, Barthet VJA, Sakamaki JI, Beaumatin F, Roseweir A, Gay DM, Mackay G, Malviya G, Kania E, Ritchie S, Baudot AD, Zunino B, Mrowinska A, Nixon C, Ennis D, Hoyle A, Millan D, McNeish IA, Sansom OJ, Edwards J, Ryan KM. Mannose impairs tumour growth and enhances chemotherapy. Nature. 2018 Nov;563(7733):719-723. doi: 10.1038/s41586-018-0729-3. Epub 2018 Nov 21. PMID: 30464341.

3.Qiu Y, Su Y, Xie E, Cheng H, Du J, Xu Y, Pan X, Wang Z, Chen DG, Zhu H, Greenberg PD, Li G. Mannose metabolism reshapes T cell differentiation to enhance anti-tumor immunity. Cancer Cell. 2025 Jan 13;43(1):103-121.e8. doi: 10.1016/j.ccell.2024.11.003. Epub 2024 Dec 5. PMID: 39642888.

4.Ai YL, Wang WJ, Liu FJ, Fang W, Chen HZ, Wu LZ, Hong X, Zhu Y, Zhang CX, Liu LY, Hong WB, Zhou B, Chen QT, Wu Q. Mannose antagonizes GSDME-mediated pyroptosis through AMPK activated by metabolite GlcNAc-6P. Cell Res. 2023 Dec;33(12):904-922. doi: 10.1038/s41422-023-00848-6. Epub 2023 Jul 17. PMID: 37460805; PMCID: PMC10709431.



     
编辑︱王思珍
本文完



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