硫胺素代谢异常通过PI3K/Akt信号通路调控BMP-9表达参与阿尔茨海默病基底前脑胆碱能元变性的作用研究

The pathogenesis of the degeneration of basal forebrain cholinergic neurons (BFCNs) that directly contributes to the cognitive impairment in Alzheimer’s disease (AD) remain elusive. Thiamine metabolism dysfunction is a common feature of AD. Our previous studies observed that thiamine metabolism dysfunction could lead to significant degeneration of BFCNs in animal models. However, the mechanisms underlying this detrimental effect of thiamine metabolism dysfunction remained unclear. Survivals and functions of BFCNs are highly dependent on bone morphogenetic protein 9 (BMP-9), a cytokine whose expression is regulated by PI3K/Akt signaling pathway. Our preliminary studies showed that thiamine metabolism dysfunction significantly reduced the expression of BMP-9, and inhibited the activity of PI3K/Akt signaling pathway in the brain. Therefore, we hypothesize that thiamine metabolism dysfunction contributes to the degeneration of BFCNs in AD by suppressing the expression BMP-9 via PI3K/Akt pathway. Using a combination of behavior, morphological, molecular, and biochemical assays，this project determines to explore the effects of activation of PI3K/Akt signaling pathway and adeno-associated virus-mediated overexpression of BMP-9 on the degeneration of BFCNs induced by thiamine metabolism dysfunction in cultured cholinergic neurons, and APP/PS1 mice. We hope that this project will contribute to the development of new strategies for AD treatment.

基底前脑胆碱能神经元（BFCNs）变性是阿尔茨海默病（AD）认知损害的病理基础之一，其原因需进一步解析。AD患者存在硫胺素代谢异常，我们前期研究发现硫胺素代谢异常可诱导BFCNs变性，但具体机制不清。BFCNs存活及功能发挥高度依赖于骨形成蛋白9（BMP-9），而BMP-9的表达受PI3K/Akt信号通路调控。我们预实验结果显示硫胺素代谢异常可显著减少脑内BMP-9的表达，并抑制PI3K/Akt信号通路活性。因此，我们推测AD患者硫胺素代谢异常可通过PI3K/Akt信号通路调控脑内BMP-9的表达而诱导BFCNs变性。本项目拟利用原代胆碱能神经元及APP/PS1小鼠建立硫胺素代谢异常模型，通过激活PI3K/Akt信号通路或借助腺相关病毒过表达BMP-9，综合运用行为学、形态学及分子生物学等手段，阐述硫胺素代谢异常诱导BFCNs变性的分子机制，为探索AD新的治疗方法提供实验依据。

阿尔茨海默病（AD）发病过程中基底前脑胆碱能神经元（BFCNs）变性病因不明。AD患者存在硫胺素代谢异常，且硫胺素代谢异常可诱导BFCNs变性，但具体机制不清。BFCNs存活及功能发挥高度依赖于骨形成蛋白9（BMP-9）。前期研究结果显示硫胺素代谢异常可显著减少BMP-9的表达并抑制PI3K/Akt信号通路。因此，我们推测AD患者硫胺素代谢异常可通过抑制脑内PI3K-Akt信号通路调控基底前脑BMP-9的表达而诱导BFCNs变性。.本项目利用原代胆碱能神经元及APP/PS1小鼠建立硫胺素代谢异常模型，通过激活PI3K/Akt信号通路或借助腺相关病毒过表达BMP-9，综合运用行为学、形态学及分子生物学等手段，阐述硫胺素代谢异常损害BFCNs的分子机制。.我们研究发现，硫胺素代谢异常模型小鼠内侧隔核/斜角带垂直部中BMP-9 mRNA及蛋白表达水平均显著降低，伴有脑内pAkt表达减少。向硫胺素代谢异常模型小鼠内侧隔核/斜角带垂直部转染BMP-9过表达质粒可显著提高该脑区BMP-9的表达，并增加硫胺素代谢异常小鼠内侧隔核/斜角带垂直部中胆碱能神经元的计数、促进ChAT的表达及酶活性，促进ACh的合成，增加突触相关蛋白PSD95及synaptophysin的表达，最终改善使硫胺素代谢异常小鼠的条件恐惧记忆。.在原代培养的胆碱能神经元硫胺素代谢异常细胞模型中，外源性补充IGF-1可显著激活PI3K/Ak信号通路，促进硫胺素代谢异常的原代胆碱能神经元突起分支的形成、提高其ChAT的表达及酶活性。.在硫胺素代谢异常模型小鼠中，利用经鼻通路给予IGF-1可显著激活脑内PI3K-Akt信号通路，增加硫胺素代谢异常小鼠内侧隔核/斜角带垂直部中BMP-9的表达、胆碱能神经元的计数、促进ChAT的表达及其酶活性，促进ACh的合成。最后，经鼻IGF-1可使硫胺素代谢异常小鼠在Morris水迷宫实验中平台潜伏期缩短、到达平台所经历的路程减少、平台穿越次数增加及目的象限停留时间延长。.综上，我们研究表明硫胺素代谢异常可通过抑制脑内PI3K/AKt信号通路，抑制BMP-9的表达，诱导BFCNs变性，最终导致认知功能障碍的发生。我们的研究结果有可能为AD的治疗提供新的药物研发靶点。

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