撰稿 | Mancy
排版 | AiBrain 编辑团队
一直以来，β-淀粉样蛋白 (β-amyloid, Aβ)的异常积累是阿尔茨海默病 (AD) 的主要致病因素之一。阻断Aβ的生成是治疗AD的有效方法。在AD患者中，BACE-1（β-site amyloid precursor protein (APP) cleaving enzyme-1，BACE-1）作为β-剪切酶发挥作用，神经元中BACE-1活性升高促进Aβ形成，导致AD患者大脑中Aβ的异常积累。
目前开发的可穿过血脑屏障进入脑内的BACE-1抑制剂中，有五种不同的BACE-1抑制剂在临床试验中表明可以减少AD患者中Aβ的产生。尽管这些药物能使Aβ的沉积减少，对AD患者的认知能力却无明显改善作用，且存在导致海马体积迅速减小的风险。目前仍迫切需要寻找靶向抑制BACE-1的新型治疗方法。
来自康涅狄格大学健康中心神经科学系Riqiang Yan教授课题组发现，在成年5xFAD小鼠的小胶质细胞中靶向敲除Bace-1可以降低Aβ的积累，通过增加Aβ的摄取以及促进自噬溶酶体降解Aβ。此外，小胶质细胞中靶向敲除Bace-1还可以改善突触功能和记忆行为。
该研究表明，在小胶质细胞中特异性靶向抑制BACE-1有望成为改善AD患者结局的更好的治疗选择。研究成果于2022年07月20日发表Science Advance杂志上，题为“Targeted BACE-1 inhibition in microglia enhances amyloid clearance and improved cognitive performance”。
敲除小胶质细胞中的BACE-1
首先通过免疫荧光染色发现，相比于WT组小鼠，3月龄的5xFAD小鼠中BACE-1表达升高，且与活化的小胶质细胞（IBA-1）共定位。为了确定在Aβ聚集过程中是否诱导了小胶质细胞中BACE-1的表达，在原代培养的小胶质细胞中添加Aβ1-42处理不同时间。通过qPCR和western blot分析发现，Bace-1 mRNA和BACE-1蛋白水平随时间逐渐升高，而BACE-1表达的升高可能会损害小胶质细胞的吞噬功能。
鉴于在5xFAD小鼠的小胶质细胞中BACE-1可能通过Aβ聚集而上调，在小胶质细胞中特异性敲除Bace-1后是否会影响Aβ的清除？作者在2月龄的5xFAD;Bace-1fl/fl;Cx3cr1creER小鼠中通过注射他莫昔芬从而实现在小胶质细胞中特异性敲除Bace-1，在3月龄和5月龄时评估小鼠大脑中淀粉样蛋白斑块的数量。研究结果发现，在3月龄和5月龄小鼠中特异性敲除小胶质细胞中Bace-1后皮层和海马中Aβ的数量减少。
小胶质细胞中敲除Bace-1后如何使得Aβ的数量减少？由于淀粉样前体蛋白（Amyloid precursor protein, APP）在体内经BACE-1剪切后可以形成C段跨膜产物C99, 后者释放出Aβ并聚集形成老年斑。作者通过Western blot分析发现，当特异性敲除小胶质细胞中Bace-1后，小鼠脑组织中APP和C99蛋白表达与对照组无明显区别，表明当仅敲除小胶质细胞中Bace-1时，BACE-1对Aβ的产生无明显影响。
作者进一步通过酶联免疫吸附实验检测在3月龄和5月龄小鼠中可溶性和不可溶性Aβ1-42水平，发现小胶质细胞中Bace-1缺失后可溶性和不可溶性Aβ1-42水平均显著下降。表明，小胶质细胞Bace-1缺失减少了Aβ的数量，主要是通过增强Aβ的清除而不是通过减少 APP 的淀粉样蛋白形成过程所致。
Bace-1缺失的小胶质细胞吞噬能力增强
Aβ水平降低是否与小胶质细胞的吞噬能力增强有关？作者进一步通过免疫荧光染色，发现特异性敲除小胶质细胞中Bace-1后，聚集在Aβ周围的小胶质细胞数量增加，且呈现分枝状形态，Aβ斑块大小较对照组明显变小。此外，自噬溶酶体功能也更加活跃，自噬体LC3B和溶酶体相关蛋白表达均升高。使用BACE-1抑制剂AZD-3293处理后，BV-2细胞表现出溶酶体蛋白酶剂量依赖性升高和Aβ剂量依赖性降低。这些结果表明，小胶质细胞中Bace-1缺失后增强了小胶质细胞吞噬Aβ以及溶酶体降解Aβ的能力，从而有助于减少Aβ的沉积。
小胶质细胞Bace-1缺失促进糖酵解
此外，作者还进一步监测了氧消耗率（oxygen consumption rate，OCR），从而评估BACE-1是否调节Aβ诱导的代谢重编程过程从而改变小胶质细胞的吞噬能力。结果表明Bace-1缺失显著增加小胶质细胞中Aβ诱导的糖酵解，从而增强了小胶质细胞针对Aβ摄取和清除的免疫反应。
小胶质细胞Bace-1缺失改善记忆
Aβ的异常沉积与AD的突触丢失和记忆缺陷密切相关。作者最后探讨了小胶质细胞中特异性敲除Bace-1后Aβ沉积减少是否可以拯救小鼠海马依赖性的记忆功能。在T迷宫探索性任务和情景恐惧测试中，小胶质细胞中特异性敲除Bace-1可以部分恢复6 ~ 7月龄5xFAD小鼠受损的空间记忆和对恐惧的条件反射。表明，小胶质细胞中特异性敲除Bace-1后Aβ沉积减少可以改善学习和记忆行为。随后的电生理实验也表明，仅在小胶质细胞中特异性敲除Bace-1可改善5xFAD小鼠海马突触的可塑性。
综上，本研究中发现在AD小鼠的小胶质细胞中特异性敲除Bace-1基因后，不仅增强小胶质细胞对Aβ的吞噬作用，而且促进溶酶体/自噬体对Aβ的降解过程。小胶质细胞靶向敲除Bace-1可以避免BACE-1全面抑制而导致的突触功能障碍。与全身广泛性抑制BACE-1相比，小胶质细胞中靶向抑制BACE-1是一种更优的AD治疗策略。
Riqiang Yan教授就职于康涅狄格大学健康中心神经科学系，其实验室致力于研究阿尔茨海默病 (AD) 患者的发病机制以及探索潜在的治疗方法。近年来相关研究工作发表于Science Advance（2022）、Mol Psychiatry（2021）等杂志上。
文献PMID:35857844
文献DOI:10.1126/sciadv.abo3610
✦往期精彩回顾✦
声明：脑医汇旗下神外资讯、神介资讯、脑医咨询、AiBrain所发表内容之知识产权为脑医汇及主办方、原作者等相关权利人所有。未经许可，禁止进行转载、摘编、复制、裁切、录制等。经许可授权使用，亦须注明来源。欢迎转发、分享。
