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基于蛋白质分子水平研究提出的Tau蛋白病(Tauopathies)这一概念,是以Tau蛋白在脑中的异常沉积为特征的一系列神经变性疾病的统称,包括阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD),慢性创伤性脑病,皮质基底节变性和皮克病等。而AD是最为常见的Tau蛋白病,其主要病理特征为Tau蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结(Neurofibrillary tangles,NFTs)。尽管目前Tau蛋白参与AD神经变性的潜在机制尚不清楚,但已有多项研究表明降低Tau蛋白总体水平、阻止其过度磷酸化和积聚,可能对AD具有防治作用。有趣的是,除了Tau蛋白的过度磷酸化外,越来越多的证据表明氧化应激是Tau蛋白病的另一病理特征,健康老年人大脑中的进行性铁蓄积和AD患者脑中铁含量的异常升高已经被确定为引起氧化应激的重要原因。通过Fenton反应,铁超载可以产生过多的自由基,攻击DNA、蛋白质和脂质膜,从而破坏细胞功能,导致神经元死亡。特别是,铁可以和Tau蛋白结合并引发其过度磷酸化,最终导致NFTs的形成。因此,降低铁和Tau蛋白相互作用过程中的氧化还原活性,或可直接减少神经元的死亡,是治疗Tau蛋白病(包括AD)的潜在疗法。
α-硫辛酸(α-Lipoicacid,LA)是一种天然存在的、具有抗氧化剂和铁螯合剂性质的辅酶因子。既往的研究证实,LA可以稳定AD患者的认知功能,且动物实验结果证明其具有抗淀粉样蛋白的特性。然而,作用机制尚不明确。尤其是LA对Tau病理和神经元损伤的作用未见报导。因此,本研究利用Tau病理模型小鼠P301S,以腹腔注射的方法,给予不同浓度的LA(3mg/kg和10mg/kg)处理10周,并采用行为学、形态学和分子生物学等手段,探讨LA对Tau病理的药效作用及分子机制。研究结果显示:①与野生型小鼠相比,P301S小鼠脑内存在铁超载现象,LA处理在不影响P301S小鼠脑内和血清中铁含量的情况下,改变了铁在脑内的分布(小鼠海马和皮层区的铁沉积显著减少),这一改变涉及的机制包括转铁蛋白受体(Transferrin receptor, TFR)表达量的减少和膜铁转运蛋白(Ferroportin 1,Fpnl)表达量的增加。②高剂量LA处理可显著降低ROS的水平,促进SOD、谷胱甘肽过氧化物酶4(Glutathione peroxidase 4,GPx4)和胱氨酸-谷氨酸逆向转运蛋白(Cystine-glutamate antiporter, xCT)等抗氧化酶的表达,并提升SOD1的活性,降低P301S小鼠脑内的钙含量,从而显著改善P301S小鼠脑内的氧化应激状态。同时,高剂量LA处理亦可通过降低P301S小鼠脑内GFAP、肿瘤坏死因子α(Tumornecrosisfactorα,TNFa)和白介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)的表达,抑制P301S小鼠脑内的炎症反应。③高剂量LA可通过抑制p-P38、calpainl、p-CDK5和P25的表达,上调p-GSK3β(Ser9)和PP2A的表达,抑制AD相关位点Ser202、Ser396、Ser404、Ser416和Thr181的Tau蛋白过度磷酸化。④高剂量的LA主要通过caspase依赖的方式抑制突触和神经元的丢失,但对小鼠脑内的自噬相关蛋白没有显著影响。⑤Morris水迷宫(Morris water maze,MWM)、旷场实验(Open field test,OFT)和新物体识别实验(Novel object recognition test,NOR)三种行为学测试结果显示,LA可以有效改善P301S小鼠的学习与空间认知能力,并具有缓解焦虑行为的潜在功能。
综上所述,LA可通过改善P301S小鼠大脑相关区域的铁分布,缓解线粒体功能障碍和钙超载,抑制calpain1的活性,从而调控多种Tau蛋白磷酸化相关激酶和磷酸酶的活性,有效地抑制多个AD相关位点的Tau蛋白异常磷酸化,减缓Tau病理介导的神经退行性病变,进而改善P301S转基因小鼠的学习与认知能力。值得注意的是,LA可以有效地抑制Tau引起的铁超载,脂质过氧化和炎症,而上述三项均为铁死亡的重要指标,提示铁死亡可能参与Tau病理介导的神经变性。这些结果为LA应用于Tau病理(包括AD)的防治提供了有力证据。
α-硫辛酸(α-Lipoicacid,LA)是一种天然存在的、具有抗氧化剂和铁螯合剂性质的辅酶因子。既往的研究证实,LA可以稳定AD患者的认知功能,且动物实验结果证明其具有抗淀粉样蛋白的特性。然而,作用机制尚不明确。尤其是LA对Tau病理和神经元损伤的作用未见报导。因此,本研究利用Tau病理模型小鼠P301S,以腹腔注射的方法,给予不同浓度的LA(3mg/kg和10mg/kg)处理10周,并采用行为学、形态学和分子生物学等手段,探讨LA对Tau病理的药效作用及分子机制。研究结果显示:①与野生型小鼠相比,P301S小鼠脑内存在铁超载现象,LA处理在不影响P301S小鼠脑内和血清中铁含量的情况下,改变了铁在脑内的分布(小鼠海马和皮层区的铁沉积显著减少),这一改变涉及的机制包括转铁蛋白受体(Transferrin receptor, TFR)表达量的减少和膜铁转运蛋白(Ferroportin 1,Fpnl)表达量的增加。②高剂量LA处理可显著降低ROS的水平,促进SOD、谷胱甘肽过氧化物酶4(Glutathione peroxidase 4,GPx4)和胱氨酸-谷氨酸逆向转运蛋白(Cystine-glutamate antiporter, xCT)等抗氧化酶的表达,并提升SOD1的活性,降低P301S小鼠脑内的钙含量,从而显著改善P301S小鼠脑内的氧化应激状态。同时,高剂量LA处理亦可通过降低P301S小鼠脑内GFAP、肿瘤坏死因子α(Tumornecrosisfactorα,TNFa)和白介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)的表达,抑制P301S小鼠脑内的炎症反应。③高剂量LA可通过抑制p-P38、calpainl、p-CDK5和P25的表达,上调p-GSK3β(Ser9)和PP2A的表达,抑制AD相关位点Ser202、Ser396、Ser404、Ser416和Thr181的Tau蛋白过度磷酸化。④高剂量的LA主要通过caspase依赖的方式抑制突触和神经元的丢失,但对小鼠脑内的自噬相关蛋白没有显著影响。⑤Morris水迷宫(Morris water maze,MWM)、旷场实验(Open field test,OFT)和新物体识别实验(Novel object recognition test,NOR)三种行为学测试结果显示,LA可以有效改善P301S小鼠的学习与空间认知能力,并具有缓解焦虑行为的潜在功能。
综上所述,LA可通过改善P301S小鼠大脑相关区域的铁分布,缓解线粒体功能障碍和钙超载,抑制calpain1的活性,从而调控多种Tau蛋白磷酸化相关激酶和磷酸酶的活性,有效地抑制多个AD相关位点的Tau蛋白异常磷酸化,减缓Tau病理介导的神经退行性病变,进而改善P301S转基因小鼠的学习与认知能力。值得注意的是,LA可以有效地抑制Tau引起的铁超载,脂质过氧化和炎症,而上述三项均为铁死亡的重要指标,提示铁死亡可能参与Tau病理介导的神经变性。这些结果为LA应用于Tau病理(包括AD)的防治提供了有力证据。