【Nat Commun.】华中科技大学朱铃强教授发明AD患者的罪魁罪魁——miR-135a-5p
痴呆症是一种体现为影象、思索、行为和日；Ｔ硕芰λネ说淖酆险。。。。。天下卫生组织资料显示， ，，全天下约莫有5000万痴呆症患者， ，，每年新增病例1000万。。。。。阿尔茨海默。。。。。ˋlzheimer's disease, AD）是一种与年岁相关的慢性中枢神经退行性疾病， ，，是痴呆症最常见的形式， ，，约占痴呆症病例的60-70%。。。。。中国痴呆患者人数居天下第一， ，，据预计约有950万， ，，到2030年中国痴呆患者将会抵达1600万。。。。。AD主要的病理特征包括淀粉样卵白群集形成的晚年斑(Senile plaques, SPs)、Tau卵白异常群集形成的神经原纤维缠结 (Neurofibrillary tangles, NFTs)以及大宗神经元丧失。。。。。AD病程希望缓慢， ，，早期症状常被以为是通俗的遗忘而被忽视。。。。。AD患者晚期认知功效能力逐渐损失， ，，陪同人格异常以及种种行为功效障碍， ，，最终导致殒命。。。。。突触是神经元之间在功效上爆发联系的部位， ，，也是信息转达的要害部位， ，，神经元突触结构动态转变为学习影象主要的结构基础。。。。。突触运动可以刺激蘑菇状树突棘（在突触转达和认知功效中起要害作用）的成熟并形成新的突触， ，，使突触强度能够顺应情形的转变， ，，反过来又在学习和影象中施展主要作用[1-3]。。。。。AD患者中早期阶段就已经泛起突触丧失和突触功效障碍， ，，与SPs和NFTs相比， ，，以突触丧失和突触运动降低为特征的突触功效障碍与AD的认知障碍有着更高的相关性[4-5]。。。。。因此， ，，相识突触功效障碍的潜在机制将有助于开发早期AD的治疗药物。。。。。
MicroRNA（miRNA）是一类由内源基因编码的长度约为22bp的非编码单链RNA分子， ，，具有在翻译水平调控基因表达的功效。。。。。miRNA加入多种心理病理历程， ，，他们能够准确调理突触上突触相关卵白的局部翻译。。。。。先前的研究发明， ，，在AD患者的脑组织或血清中有大宗miRNA表达失调， ，，与淀粉样斑块和神经纤维缠结的形成以及突触可塑性异常相关。。。。。然而， ，，这些miRNA导致AD突触功效障碍的详细机制仍然未知。。。。。
2021年3月26日， ，，华中科技大学脑研究所、基础医学院病理心理系朱铃强教授、鲁友明教授研究团队在《Nature Communications》揭晓题为“miR-135a-5p mediates memory and synaptic impairments via the Rock2/Adducin1 signaling pathway in a mouse model of Alzheimer’s disease”的最新研究事情[6]。。。。。该研究发明， ，，导致AD影象杂乱的罪魁罪魁miRNA——miR-135a-5p， ，，其通过调控下游靶卵白Rock2异；Ｔ硕， ，，影响Add1在Ser726位点磷酸化水平， ，，最终导致突触功效障碍及学习影象能力受损。。。。。展现了miR-135a-5p/Rock2信号通路加入AD早期突触病变， ，，为AD治疗药物的开发提供新的思绪。。。。。
效果
1、AD模子小鼠miR-135a-5p表达异常降低
首先， ，，作者对AD模子小鼠海马组织中与突触活性相关的miRNA举行表达谱测序及筛选验证， ，，效果发明， ，，12月龄的AD模子小鼠中miR-135a-5p表达下调， ，，而miR-136-3p、miR-19a-3p、miR-125b-5p和miR-26a-5p的表达显着上调（图1a）， ，，别的， ，，9月龄的AD模子小鼠中只检测到miR-135a-5p的下调以及miR-125b-5p的表达上调（图1b）。。。。。这些数据提醒了miR-135a-5p的下调或miR-125b-5p的上调可能加入调控AD疾病的早期发病历程。。。。。由于miR-125b-5p在AD中的功效障碍已获得充分的证实[7]。。。。。因此， ，，研究职员将重点研究miR-135a-5p在AD突触杂乱中的可能作用。。。。。
随后， ，，作者检测了差别年岁段的APP/PS1小鼠（AD模子小鼠的一种）海马区miR-135a- 5p水平的转变， ，，发明， ，，miR-135a-5p的这种下调从6月龄就最先保存了， ，，只是在9月龄的模子小鼠中miR-135a-5p下调更为显着（图1c）。。。。。同时， ，，借助荧光原位杂交手艺发明， ，，miR-135a-5p的表达下调主要爆发在AD模子小鼠海马的兴奋性神经元中（图1d,e）。。。。。
进一步， ，，作者在体外作育的原代神经元中过表达Tau、APP或PS1后， ，，发明了miR-135a-5p水平下调的征象（图1f）。。。。。而在AD模子小鼠海马区Tau卵白的表达水平与miR-135a-5p的表达水平呈负相关（图1g,h）， ，，这提醒了miR-135a-5p在AD中的丧失具有Tau依赖性。。。。。
图1 AD模子小鼠海马区miR-135a-5p表达异常降低
为找到AD中miR-135a-5p下调的缘故原由， ，，作者首先通过放线菌素D阻断新RNA的合成来检测miR-135a-5p的稳固性， ，，效果发明， ，，在AAV-Tau熏染的海马原代神经元中miR-135a-5p的半衰期与比照病毒熏染的神经元相同（图2a,b）， ，，这提醒了Tau过表达对miR-135a-5p的抑制不是由RNA降解功效障碍引起的。。。。。接下来， ，，作者思量了AD中miR-135a-5p的转录是否受到抑制， ，，研究职员检测了Tau卵白过表达的原代海马细胞核部分中miR-135a-5p转录本(pri-miR-135a-1/2)的水平， ，，发明pri-miR-135a-1降低（图2c）， ，，在APP/PS1模子鼠中也发明了同样的征象（图2d）， ，，这提醒了pri-miR-135a-1的转录受到抑制， ，，可能是导致AD中miR-135a-5p表达下调的缘故原由。。。。。进一步， ，，作者通过双荧光素酶报告、ChIP及相关数据库发明， ，，Tau卵白诱导的miR-135a-5p表达下调是由于Foxd3转录因子镌汰导致的（图2g-l）。。。。。
图2 AD模子小鼠中miR-135a-5p表达下调是由于Foxd3转录因子镌汰导致
2、miR-135a-5p表达下调通过影响突触结构功效导致学习影象障碍
接下来， ，，作者借助AAV病毒载体在6月龄野生型小鼠海马区抑制miR-135a-5p（AAV- sponge（miR-135a-5p））， ，，1个月后对小鼠的空间影象和突触可塑性举行了评估（图3a,b）， ，，通过Morris水迷宫、巴恩斯（Barnes maze）迷宫、条件性恐惧实验（Fear Conditioning）行为学范式发明， ，，抑制miR-135a-5p后， ，，小鼠的空间影象能力受损， ，，学习影象障碍， ，，具有阿尔茨海默样表型（图3）。。。。。
图3 抑制miR-135a-5p的表达可导致小鼠学习影象障碍
海马的突触可塑性是学习影象的基础[8]， ，，研究职员也发明抑制miR-135a-5p的表达后， ，，CA3-CA1环路的突触转达功效泛起了异常， ，，即兴奋性突触后电位抑制从而导致了LTP（长时程增强）突触可塑性异常， ，，而突触前囊泡释放并未受显着影响， ，，提醒了miR-135a-5p表达降低阻滞了突触转达（图4a-d）。。。。。同时， ，，高尔基染色效果发明， ，，miR-135a-5p表达下调后也会导致树突棘密度镌汰， ，，尤其是在突触转达和认知功效中起要害作用的蘑菇状树突棘数目镌汰（图4e-g）， ，，别的， ，，神经元树突重大性也降低（图4h-j）。。。。。这些效果提醒了miR-135a-5p表达水平降低导致AD小鼠中泛起突触异常征象， ，，miR-135a-5p可能通过影响突触结构功效进而影响学习影象能力。。。。。
图4 抑制miR-135a-5p的表达可导致小鼠突触功效障碍
3、miR-135a-5p表达下调导致Rock2异常激活
miRNAs通过抑制其靶mRNAs的翻译或增进其降解来调控基因表达[9]。。。。；；诖， ，，为明确miR-135a-5p介导AD突触杂乱的直接靶点， ，，研究职员通过多个数据库比照发明四个潜在候选分子（Rock1、Rock2、Cacna1d和Pik3r2）， ，，而在APP/PS1小鼠中只有Rock2（Rho关联卷曲螺旋卵白激酶2）爆发显著上调转变（图5a）， ，，提醒了Rock2是介导miR-135a-5p表达下调导致的突触异常的潜在下游靶点。。。。。体外细胞实验效果发明， ，，miR-135a-5p能直接与Rock2的3’UTR连系， ，，miR-135a-5p的表达上调或下调能够调控Rock2的卵白表达水平， ，，提醒了miR-135a-5p对Rock2具有直接调控作用（图5b,c）。。。。。
接下来， ，，研究职员探讨了Rock2激活后介导的AD突触异常的潜在下游效应因子。。。。。借助生信剖析， ，，在9月龄的APP/PS1小鼠以及作育的海马原代神经元中均发明了内收卵白1（adducin 1, Add1）的Thr445和Ser726的磷酸化显著增添（图5d,e）。。。。。同时， ，，在AD患者和AD小鼠的额叶皮质中， ，，磷酸化Ser726-Add1水平升高， ，，并陪同着Rock2的表达水平增添， ，，且miR-135a-5p与Rock2、Ser726-Add1磷酸化水平呈较强的负相关， ，，而Rock2与Ser726-Add1呈正相关（图5f-i）。。。。。提醒了miR-135a-5p的表达下调导致了Rock2的异常激活， ，，进一步通过上调Add1在Ser726位点磷酸化水平使细胞骨架异常。。。。。
图5 miR-135a-5p的表达下调导致Rock2的异常激活
4、恢复miR-135a-5p/ Rock2信号通路可以改善AD的影象损伤和突触功效异常
基于上述效果， ，，研究职员进一步验证miR-135a-5p的上调或Rock2的下调是否可以改善AD模子小鼠的影象损伤和突触障碍。。。。。通过向8月龄的APP/PS1小鼠海马注射LV-shRNA（Rock2）和miR-135a-5p的激动剂， ，，发明这两种方法均能Rock2的表达、降低Add1在Ser726位点磷酸化水平、恢复树突棘的密度和重漂后， ，，增进树突棘成熟（图6a-g）， ，，同时， ，，突触转达功效及小鼠的学习影象障碍也获得了改善（图6h-m）。。。。。
图6 过表达miR-135a-5p可改善AD小鼠的影象损伤和突触障碍
最后， ，，作者验证了阻断Add1的磷酸化水平是否可以改善AD模子小鼠的影象损伤和突触障碍。。。。。通过体外验证， ，，研究职员找到siP-Add1能削弱Add1的磷酸化水平（图7a）， ，，并通过腹腔注射于APP/PS1小鼠后发明siP-Add1可降低小鼠体内Ser726-Add1磷酸化水平， ，，同时改善了阿尔兹海默样表型（图7b-o）。。。。。
综上， ，，miR-135a-5p/Rock2信号通路也许就是介导AD早期突触功效异常以及影象损伤的缘故原由之一， ，，恢复miR-135a-5p/ Rock2信号通路可以改善AD的影象损伤和突触功效异常。。。。。
图7 siP-Add1可降低小鼠体内Ser726-Add1磷酸化水平， ，，同时改善了阿尔兹海默样表型
结论
文中朱铃强教授/鲁友明教授研究团队借助病毒载体介导的基因过表达/滋扰手艺、分子生物学手段、多种行为学范式、生信剖析、表达谱测序、双荧光素梅检测等手艺手段发明， ，，导致AD影象杂乱的罪魁罪魁miRNA——miR-135a-5p。。。。。在AD的早期发病阶段miR-135a-5p表达下调， ，，进一步其通过调控下游靶卵白Rock2的异常激活， ，，影响Add1在Ser726位点磷酸化水平， ，，最终导致突触功效障碍及学习影象能力受损。。。。。展现了miR-135a-5p/Rock2信号通路加入AD早期突触病变， ，，为AD治疗药物的开发提供新的思绪。。。。。
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原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22196-y
参考文献
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