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阿尔茨海默症(Alzheimer disease,AD),又称老年痴呆症,是一种极常见的神经退行性疾病,其主要病理特征是脑内老年斑沉积和神经元细胞内的神经纤维缠结。疾病的成因还没有定论,目前也没有准确诊断和有效治疗方法。
Tau蛋白是一种微管相关蛋白,主要表达在主枢神经系统的神经元细胞内,其主要功能是稳定微管并在神经突延伸和轴突运输过程中起重要作用。Tau蛋白异常过度磷酸化会导致神经纤维缠结,是阿尔茨海默症和其他神经纤维原退行性病变的临床病理特征。
脑内低灌注所引发的缺氧,被认为在阿尔茨海默症病理过程中发挥一定作用。有研究发现在β-分泌酶基因的启动子有低氧诱导因子(Hypoxia induciblefactor,HIF)的结合位点,低氧可以促进淀粉样前体蛋白水解成Aβ并大量沉积在APP转基因鼠的脑内。同时也有研究发现低氧可以通过低氧诱导因子与APH基因启动了区域HRE位点的结合来调节γ-分泌酶的活性。但低氧和Tau蛋白磷酸化之间的关系鲜有报道,为此我们开展此研究来重点讨论低氧对Tau蛋白磷酸化的影响。
通过研究我们发现,(1)低氧可以诱导Tau蛋白磷酸化水平升高。我们在成神经瘤细胞系SH-SY5Y细胞、大鼠原代海马神经元细胞及C57小鼠上均发现磷酸化Tau蛋白AT-8水平在低氧状态下显著升高,同时非磷酸化Tau蛋白水平相应减少。(2)在低氧诱导Tau蛋白磷酸化过程中,ERK通路相应被激活,磷酸化ERK蛋白的水平与磷酸化Tau蛋白的水平呈现相关,而其他如Cdk5、GSK3β、PP2A等酶的表达水平并没有发生明显变化。(3)在低氧状态下使用化合物U0126来特异性抑制ERK通路的激活,磷酸化Tau蛋白表达水平相应发生减少,提示低氧状态下低氧诱导的Tau磷酸化过程是由ERK通路所介导。(4)利用活细胞实时动态观察,我们发现用CoCl2模拟低氧状态所诱导的Tau蛋白磷酸化并没有减弱Tau蛋白与微管蛋白的结合能力,提示低氧诱导的Tau蛋白磷酸化位点可能不在微管蛋白结合结构域内。
总结我们的研究结果得出结论:低氧通过ERK通路来促进Tau蛋白的磷酸化,同时也提示低氧可能参与了Tau蛋白相关疾病的病理过程。