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背景:神经退行性疾病是以神经元进行性丧失为特征的疾病,包括肌萎缩性侧索硬化（Amyotrophic lateral sclerosis,ALS）,阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）和帕金森病（Parkinson’s disease,PD）等疾病。ALS,是运动神经元疾病之一,其特征是上/下运动神经元均变性,引起肌肉无力和瘫痪,最终导致死亡。ALS是一种罕见病,全球发病率3/100000,ALS患者通常在确诊后2～5年内死于呼吸衰竭或肺炎。虽然部分ALS患者携带与神经元功能相关多种的基因突变,但是对大多数ALS患者的发病机制尚不清楚。而对ALS患者的治疗都是对症疗法,例如使用肌肉松弛剂进行痉挛和言语障碍的言语疗法等。AD,俗称老年痴呆症,其主要的病理学特征是β淀粉样蛋白沉积所形成的老年斑块和tau蛋白过度磷酸化所形成的神经原纤维缠结,主要临床表现为记忆障碍、学习能力丧失、人格和行为改变等特征。随着人口老龄化,AD发病率逐渐升高,并且已经成为了我国第五大死亡因素。临床用于治疗ALS和AD的药物都只能减轻疾病的症状,并不能达到治愈的效果。线粒体作为细胞能量供应的细胞器,其功能障碍与ALS和AD发病密切联系。对ALS动物模型的研究表明:突变SOD1的低聚物与线粒体结合,导致线粒体电子传递链的复合物的活性降低。在ALS患者和动物模型中,呼吸链功能缺陷与线粒体蛋白氧化损伤和脂质过氧化相关。同时能量代谢失调可能导致ALS的运动神经元功能障碍。在AD病人中,ATP水平和线粒体生物发生明显下降。线粒体复合物蛋白表达及其活性在轻度认知障碍的患者中下降。线粒体DNA缺失与线粒体复合物活性下降有关。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor,BDNF）对于成人脑中特定神经元群体的存活、维持和再生至关重要。BDNF通过增强Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma co-activator-1alpha（PGC-1α）表达促进线粒体生物发生和氧化代谢,从而增加线粒体质量和活性来维持肌肉功能,延缓肌肉萎缩。BDNF在调节神经发生,海马突触可塑性和学习记忆方面均起关键作用。BDNF增加培养的皮层神经元对葡萄糖利用,增强线粒体能量产生来促进突触可塑性。BDNF主要通过结合低亲和力p75NTR受体和高亲和力Tropomycin receptor kinase B（TrkB）受体发挥其生物功能。TrkB受体信号通过三种主要的酪氨酸激酶介导的途径发生:MAPK-ERK通路、PI3K-AKT通路和PLCγ1-PKC通路。过去已经报道,BDNF重组蛋白用于治疗ALS和AD,但是由于BDNF重组蛋白半衰期短和不容易透过血脑屏障,其临床运用受到很大限制。本次研究通过探究TrkB受体激动剂R13对ALS动物模型SOD1G93A小鼠和AD动物模型5×FAD小鼠的影响及其机制,为治疗ALS和AD提供新的思路及候选药物。目的:探究TrkB受体激动剂R13对ALS动物模型SOD1G93A小鼠和AD动物模型5×FAD小鼠的改善作用及其分子机制。方法:SOD1G93A小鼠出生40天后,给予R13灌胃处理80天,通过行为学（爬杆、转棒、抓力和悬挂）检测小鼠的运动能力;通过Western blots技术检测线粒体相关蛋白质表达水平;通过免疫组化检测R13处理对小鼠腓肠肌和脊髓病理的影响;使用ATP和MDA试剂盒检测脊髓和延髓组织ATP和MDA的水平;通过本实验室蛋白质组学平台检测了R13对小鼠脊髓和延髓组织中蛋白质表达谱的影响。在5×FAD小鼠2月龄时开始给予R13灌胃处理3个月,通过水迷宫检测小鼠的空间学习和记忆能力;通过本实验室蛋白质组学平台检测R13对小鼠海马组织中蛋白质表达谱的影响;通过Western blots技术检测小鼠海马组织中线粒体相关蛋白质表达水平;通过免疫组化和斑点杂交检测小鼠皮层中Aβ的沉积水平。结果:1.R13对SOD1G93A小鼠的改善作用:⑴R13处理增强了SOD1G93A小鼠爬杆实验、转棒实验中的运动平衡能力;⑵R13可激活SOD1G93A小鼠延髓组织的TrkB受体,增强下游p-Akt和p-AMPKa蛋白表达水平;⑶R13可以促进SOD1G93A小鼠延髓和脊髓组织中线粒体生物发生相关蛋白PGC-1α的表达,升高线粒体动态蛋白Drp1、Fis1的表达水平,并可以促进OXPHOS相关蛋白Uqcrfs1、ATP5a、Cytc、SDHB和Cox5a的表达升高以及ATP产生增加,同时降低了延髓组织脂质过氧化水平;⑷R13处理后减轻了ALS小鼠的腓肠肌纤维化、减缓了脊髓运动神经元丢失、星形胶质细胞和小胶质细胞增生病理变化;⑸蛋白质组学揭示了脊髓组织和延髓组织中模型组和R13处理组差异蛋白的表达水平变化,R13处理可逆转在ALS小鼠中的蛋白表达水平变化的趋势,并对这些差异蛋白进行了聚类分析,这些蛋白主要与肌肉收缩、电子传递链、胶质增生等有关;⑹在脊髓和延髓组织的线粒体差异蛋白表达谱中发现R13可逆转ALS小鼠异常升高或降低的不同功能的线粒体蛋白表达,并恢复至WT小鼠的表达水平。2.R13对5×FAD小鼠的改善作用:⑴R13可以缩短水迷宫训练期和检测期5×FAD小鼠的潜伏期;⑵R13可以激活海马中TrkB受体,促进下游p-Akt和p-ERK蛋白表达水平升高;⑶R13升高了5×FAD小鼠海马组织中的ATP水平,并促进氧化磷酸化相关蛋白:复合物I（NDUFA10）、复合物II（SDHB）、复合物III（UQCRFS1）及复合物IV（COX5B）表达水平升高;⑷R13可以增加海马组织中线粒体DNA（mt DNA）的相对拷贝数,促进线粒相关蛋白Cyto c、PDH和VDAC1的表达,并且可以促进线粒体生物发生相关蛋白（p-AMPKα,AMPK,p-CERB,CREB,PGC-1α,NRF1和TFAM）的表达;（5）R13处理减少了5×FAD小鼠前额叶皮层中Aβ淀粉样蛋白的水平,并降低海马组织中tau的磷酸化水平（p S404和p S396）;（6）通过蛋白组学检测到海马中139个差异表达蛋白质定位于线粒体,R13可逆转5×FAD小鼠异常表达的线粒体相关蛋白,MCODE分析发现这些差异蛋白主要与OXPHOS模块有关。结论:⑴R13通过激活TrkB受体改善了SOD1G93A小鼠的线粒体功能并减轻了SOD1G93A小鼠的病理变化,从而改善了SOD1G93A小鼠的运动能力;⑵R13通过激活TrkB受体改善线粒体功能和降低Aβ沉积和tau磷酸化减轻了5×FAD小鼠的学习记忆障碍。