PREVENTING ALZHEIMER’S DISEASE-LIKE BRAIN PATHOLOGY IN HIV INFECTION BY TARGETING CCR5
通过靶向 CCR5 预防 HIV 感染中的阿尔茨海默病样脑部病变
基本信息
- 批准号:10700624
- 负责人:
- 金额:$ 69.07万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-04-15 至 2028-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Abeta synthesisAddressAlzheimer like pathologyAlzheimer&aposs DiseaseAmyloid beta-ProteinAmyloid beta-Protein PrecursorAnimal ModelAnti-Retroviral AgentsAreaAutopsyBlood - brain barrier anatomyBlood VesselsBrainBrain PathologyCCL4 geneCCR5 geneCatabolismCellsCentral Nervous SystemCerebrovascular TraumaCerebrovascular systemDevelopmentDown-RegulationEndocytosisEndotheliumEnzymesFunctional disorderGenesGenetic TranscriptionHIVHIV InfectionsHIV-1HIV-associated neurocognitive disorderHIV/AIDSHumanImpaired cognitionImpairmentIn VitroIndividualInfectionInjuryInterleukin-6LDL-Receptor Related Protein 1LipoproteinsMacrophageMediatingMetabolismMolecular ProfilingNeprilysinNerve DegenerationNeurocognitive DeficitNeurofibrillary TanglesNeuronsPathologyPathway interactionsPeptide HydrolasesPersonsPharmaceutical PreparationsPhosphotransferasesPlayProductionRANTESRegimenResearch PriorityRoleSenile PlaquesStructureSystemTenofovirTestingTherapeuticUnited States National Institutes of HealthUp-RegulationVascular EndotheliumViral Load resultZidovudineamyloid formationamyloid precursor protein processingamyloidogenesisantagonistantiretroviral therapybeta-site APP cleaving enzyme 1brain tissuecentral nervous system injurycerebral microvasculaturedesignepigenomeepigenomicshumanized mousehyperphosphorylated tauin vivoneurofibrillary tangle formationneuroinflammationneuron lossneurotoxicnovelnovel therapeutic interventionpreventprotective effectreceptorreceptor expressionreceptor for advanced glycation endproductstau Proteinstau-1transcriptometranscriptomicsuptake
项目摘要
PROJECT ABSTRACT
Brain tissues from people living with HIV (PLWH) showed evidence of Alzheimer’s Disease (AD)-like pathologies,
including increased neurotoxic amyloid-b (Ab40/42), amyloid plaques and Tau hyperphosphorylation (pTau)
associated with neurodegeneration and HIV-associated neurocognitive disorders (HAND). The mechanisms
through which HIV increase Ab, pTau, and induce AD-like central nervous system (CNS) impairment are not
known. Although most PLWH with CNS Ab plaques and pTau had been on long-term antiretroviral therapy (ART),
the role of ART in pTau and Ab production, and AD-like pathologies has not been investigated. Findings from
our R21 studies, using in vitro, in vivo and ex vivo approaches, demonstrated that HIV-1 significantly increased
CNS Ab42 and pTau in humanized mice, and this was associated with significantly 1) increased expression and
activation/activity of b-secretase-1 (BACE1), soluble (s)APPb (amyloidogenic pathway effectors), and GSK3b
(kinase that phosphorylates Tau); 2) reduced expression/activity of neprilysin (NEP, Ab-degrading enzyme); 3)
increased blood-brain barrier (BBB) expression of the receptor for advanced glycation end products (RAGE,
mediates Ab CNS influx), and reduced BBB expression of low-density lipoprotein receptor–related protein-1
(LRP1, mediates CNS Ab efflux); and 4) increased neuroinflammation, neuronal damage and BBB injury. We
demonstrated that LRP1 and CCR5 mediated Ab transport through the BBB, that AZT potentiated HIV-induced
upregulation/activation of BACE1, sAPPb and GSK3b, and that AZT blocked NEP expression/activity.
Significantly, the CCR5 antagonist maraviroc (MVC) abrogated these HIV- and AZT- induced effects.
Thus, we hypothesize that CCR5, via LRP1, plays a major role in Ab formation, transport, and catabolism,
amyloidogenesis and pTau in PLWH, and that targeting CCR5 prevents HIV-induced Ab and pTau,
increases Ab CNS efflux, and abrogates CNS injury and HAND. Using a validated HIV/AIDS animal model,
primary human cells and human brain tissues, we will test this hypothesis and further investigate the effects of
commonly prescribed antiretroviral (ARV) drugs (AZT, TDF) on HIV-induced activation of BACE1 and APP
amyloidogenic pathway, Tau metabolism, and CNS injury (Aim-1); Ab transport, degradation, clearance, and
neuroinflammation (Aim-2); and associated BBB transcriptomic and epigenomic signatures (Aim-3). These
mechanistic studies will help determine whether HIV induces amyloidogenesis by i) activating BACE1 pathways
to increase Ab production or ii) by interfering with LRP1-mediated Ab transport, degradation, clearance; iii) the
role of ARVs; iv) whether CCR5 modulates these effects; and v) characterize the brain vascular transcriptome
and epigenome associated with HIV/ARVs-induced dysregulation and MVC protective effects. Our proposed
studies are of high-impact, translational significance, and address the NIH high priority research areas that focus
on “Examining the pathophysiologic mechanisms of HIV-induced CNS dysfunction in the setting of ART…and
development of novel therapeutic approaches to mitigate CNS complications of HIV infection.”
项目摘要
HIV 感染者 (PLWH) 的脑组织显示出类似阿尔茨海默病 (AD) 的病理学证据,
包括增加神经毒性淀粉样蛋白-b (Ab40/42)、淀粉样斑块和 Tau 过度磷酸化 (pTau)
与神经退行性变和 HIV 相关神经认知障碍 (HAND) 相关。
HIV 不会通过这种方式增加 Ab、pTau 并诱发类似 AD 的中枢神经系统 (CNS) 损伤
尽管大多数患有 CNS Ab 斑块和 pTau 的 PLWH 都在接受长期抗逆转录病毒治疗 (ART),
ART 在 pTau 和 Ab 产生以及 AD 样病理中的作用尚未得到研究。
我们的 R21 研究采用体外、体内和离体方法,证明 HIV-1 显着增加
人源化小鼠中的 CNS Ab42 和 pTau,这与 1) 表达增加和
b-分泌酶-1 (BACE1)、可溶性 (s)APPb(淀粉样蛋白生成途径效应子)和 GSK3b 的激活/活性
(磷酸化 Tau 的激酶);2) 脑啡肽酶(NEP,抗体降解酶)的表达/活性降低;
晚期糖基化终产物受体(RAGE、
介导 Ab CNS 流入),并减少低密度脂蛋白受体相关蛋白 1 的 BBB 表达
(LRP1,介导 CNS Ab 流出);4) 增加神经炎症、神经元损伤和 BBB 损伤。
LRP1 和 CCR5 介导抗体通过 BBB 转运,AZT 增强 HIV 诱导的抗体转运
BACE1、sAPPb 和 GSK3b 的上调/激活,并且 AZT 阻断 NEP 表达/活性。
值得注意的是,CCR5 拮抗剂马拉韦罗 (MVC) 消除了这些 HIV 和 AZT 诱导的作用。
因此,我们认为 CCR5 通过 LRP1 在抗体形成、运输和分解代谢中发挥着重要作用,
PLWH 中的淀粉样变和 pTau,并且靶向 CCR5 可以预防 HIV 诱导的 Ab 和 pTau,
使用经过验证的 HIV/AIDS 动物模型,增加 Ab CNS 流出,并消除 CNS 损伤和 HAND。
原代人类细胞和人类脑组织,我们将测试这个假设并进一步研究
常用抗逆转录病毒 (ARV) 药物(AZT、TDF)对 HIV 诱导的 BACE1 和 APP 激活的影响
淀粉样蛋白生成途径、Tau 代谢和 CNS 损伤 (Aim-1);Ab 转运、降解、清除和
神经炎症(Aim-2);以及相关的 BBB 转录组和表观基因组特征(Aim-3)。
机制研究将有助于确定 HIV 是否通过 i) 激活 BACE1 途径诱导淀粉样蛋白生成
增加抗体产量或 ii) 通过干扰 LRP1 介导的抗体转运、降解、清除 iii)
ARV 的作用;iv) CCR5 是否调节这些作用;v) 表征脑血管转录组
以及与 HIV/ARV 引起的失调和 MVC 保护作用相关的表观基因组。
研究具有高影响力、转化意义,并涉及 NIH 重点研究领域
关于“在 ART 背景下检查 HIV 引起的中枢神经系统功能障碍的病理生理机制……以及
开发新的治疗方法来减轻艾滋病毒感染的中枢神经系统并发症。”
项目成果
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