Aβ导致唐氏综合症中逆转运复合体减少和功能缺失

撰文丨陈序谯

唐氏综合症 (Down syndrome, DS) 是由于存在额外的完整的或者部分的第21号染色体而引起的一种遗传性疾病。老年的DS患者表现出许多阿尔兹海默病 (Alzheimer’s disease, AD) 的临床和病理特征 (DS-AD)。临床研究表明增加的位于第21号染色体的编码淀粉样前体蛋白 (amyloid precursor protein, APP) 的基因剂量是导致DS-AD的必要因素。近年来大量DS小鼠模型中的研究揭示增加的APP基因剂量是导致各种退行性病理特征的诱因。最近我们也报道了衰老和增加的APP基因剂量是导致DS中突触蛋白选择性减少的必要条件。尽管如此，人们对于DS中APP引起AD相关的病理改变的机制仍旧不完全清楚，而针对APP基因的潜在性药物的开发仍在摸索中。

逆转运复合体 (retromer complex) 是内体分选机器的重要组成部分，介导货物从内吞体转运到反式高尔基网络或者细胞膜。其由两部分组成，货物选择复合物和SNX-BAR二聚体。前者由三种球状蛋白VPS35, VPS26和VPS29组成，介导货物识别。SNX-BAR二聚体由SNX1或者SNX2和SNX5或SNX6组成，促进内吞体膜重塑和弯曲，从而形成用于货物运输的小管和囊泡。逆转运复合物的功能紊乱与多种神经退行性疾病相关。在AD中，逆转运复合体功能障碍可导致APP蛋白的转运异常而增加β-分泌酶介导的APP加工进而导致Aβ水平的提高。

近日，来自加州大学圣地亚哥分校William Mobley教授领导的团队在Annals of Neurology杂志上发表了一篇题为Retromer proteins reduced in Down syndrome and the Dp16 model: impact of APP dose and preclinical studies of a γ-secretase modulator的研究论文。该研究探索了参与内膜转运，和AD病理密切相关的逆转运复合体核心亚基减少的分子机制，发现增加的APP基因剂量导致逆转运复合物亚基减少和功能减弱。通过应用新一代的分泌酶调节剂 (-secretase modulator, GSM) 该研究进一步证实较长的Aβ包括Aβ40和Aβ42是诱因。

研究人员首先利用DS-AD以及没有发展AD的DS额叶皮层样本确认了逆转运复合体核心亚基包括VPS26A, VPS26B和VPS29显著性降低，同时发现VPS35亚基没有显著性的变化。这些结果表明与DS中突触蛋白的选择性降低不同，逆转运复合体亚基的改变不依赖于AD的发生。为了探究是否增加的APP基因剂量导致了逆转运复合体亚基的减少，研究人员检测了一例罕见的部分三体 (partial trisomy 21, PT-DS) 病例。该病例没有明显的AD相关的神经病理学改变，也没有发展痴呆症。遗传研究发现此病例只存在正常的两个APP基因拷贝。该病例额叶皮层具有正常水平的逆转运复合体亚基，说明DS中增加的APP基因剂量对逆转运复合体亚基的减少有重要贡献。作为AMPA受体亚基的GluA1是逆转运复合体的重要货物，在突触神经传递中起着重要作用，其水平的变化被认为是逆转运复合体功能障碍的标志。研究人员发现GluA1在DS-AD和DS样品中也是显著下降的，而在PT-DS中则维持正常水平。

为了探究导致逆转运复合体亚基下调的分子机制，作者对不同年龄段的DS小鼠模型Dp16和年龄匹配的对照2N小鼠进行了比较，发现与突触蛋白不同，逆转运复合体亚基蛋白和GluA1的下降直到在16月大的Dp16小鼠皮层中才被观察到，而在同年龄的包含两个小鼠App等位基因的Dp16小鼠 (Dp16: App++-) 中呈现正常的水平。这些数据一方面说明Dp16小鼠能模拟DS中逆转运复合体的改变，也证实年龄和增加的App基因剂量是导致Dp16小鼠中逆转运复合体亚基和功能减少的原因。与蛋白改变不同，无论逆转运复合体亚基还是GluA1的mRNA水平都没有明显的改变。通过分离突触小体 (synaptosome)，研究人员发现超过一半的逆转运复合体亚基富集在突触小体结构中，而逆转运复合体亚基的减少也局限于突触小体而不是细胞质中。这些结果表明突触是逆转运复合体分布和在DS中减少的主要细胞位点。

APP能通过不同的加工途径产生包含Aβ在内的众多产物。为了探究导致逆转运复合体减少的原因，作者应用了一种新型的GSM。该类GSM能改变APP被分泌酶的切割从而减少较长的Aβ包括Aβ42和Aβ40。作者采用每日口服管饲法以25 mg/kg的剂量向16月大的Dp16和2N小鼠给予GSM (UCSD-776890) 4个月，发现GSM显著降低了血浆和大脑皮层的Aβ42和Aβ40水平，而对全长的APP和其加工产物C末端片段没有影响。重要的是GSM处理恢复了Dp16小鼠皮层中逆转运复合体亚基和GluA1的水平。

综上所述，此文表明增加的APP基因剂量在DS中逆转运复合体表达和功能的下降中起着重要作用，而增加的APP基因剂量导致的Aβ42和Aβ40水平的提高是引起逆转运复合体减少的直接原因。此研究也进一步解释了Aβ引起的逆转运复合体在AD以及DS-AD病理发生过程中突触功能改变的贡献。DS中增加的APP基因剂量引起Aβ42和Aβ40的升高，导致逆转运复合体极少和功能异常，后者进一步增加Aβ的产生。这样形成了一条正反馈环路，最终导致突触的GluA1的显著改变导致突触功能异常。

加州大学圣地亚哥分校神经科学系陈序谯博士为本文第一作者和共同通讯作者，William Mobley教授为共同通讯作者。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ana.26659

制版人：十一