Aging Cell 长期运动可以通过介导外泌体MiRNA-532-5p下调EPHA4的表达减轻5XFAD小鼠的血脑屏障功能损伤
2023-01-01 brainnew神内神外 brainnew神内神外 发表于安徽省
本研究显示长期运动可修复血脑屏障的功能，包括紧密连接的松解、周细胞的丢失以及内皮细胞和周细胞LRP1的表达，以降低5XFAD小鼠的脑Aβ负荷并改善记忆能力。
发展于阿尔茨海默病(AD)早期的血脑屏障破坏会导致认知障碍（Lane etal.,2018）。最新研究表明，运动不仅能降低AD的风险因素，还能直接防止认知功能的减退。然而，目前关于运动保护AD认知功能特别是血脑屏障的功能的分子机制尚未明确。
近日，来自山东第一医科大学附属山东省立医院神经内科的杜怡峰教授团队在Aging Cell杂志上发表了该团队最新的研究成果，研究发现长期运动可通过改善5XFAD小鼠的血脑屏障功能来促进脑淀粉样蛋白-β的清除，该团队指出长期运动可以促进脑淀粉样蛋白-β的清除减轻血脑屏障功能损伤。
阿尔茨海默病(AD)是一种临床上明显伴有记忆缺陷的进行性神经退行性疾病，也是痴呆的最常见原因。除了淀粉样蛋白假说，越来越多的研究者认识到脑血管功能障碍，特别是血脑屏障(BBB)损伤在AD进展中的作用。血脑屏障的变化是AD病理的早期临床前特征，伴随着脑血流量减少(CBF)、通透性增加、紧密连接丧失(TJs)、周细胞损伤等诸多病理性表现。随着疾病的进展，BBB的分解会阻碍淀粉样蛋白-β(Aβ)等对神经毒性分子的清除，从而导致认知障碍。因此，BBB可能是改善AD疾病进展的一个新的治疗靶点。
该研究团队发现长期运动可改善5XFAD小鼠的脑Aβ清除率并改善记忆障碍问题。经过16周的跑步机训练后(图1a)，研究者使用Morris水迷宫(MWM)和八臂径向迷宫评估小鼠的记忆能力。研究者观察到5XFAD小鼠的路线轨迹是边缘型的，而锻炼的5XFAD (EXE-5XFAD)小鼠的路线轨迹是滑行型的(图1b)，表示EXE-5XFAD小鼠具有更强的探索意识。同时，与SED-5XFAD小鼠相比，EXE-5XFAD小鼠的逃逸时间显著缩短了18%(图1c 和图S1b)。
在空间探索实验中，结果显示EXE-5XFAD小鼠的路径轨迹具有靶向性(图1bEXE-5XFAD小鼠的平台杂交数显著高于SED-FAD小鼠(图1d)。除空间记忆外，与SED-5XFAD小鼠相比，研究者还观察到EXE-5XFAD小鼠的工作记忆和参考记忆错误频率显著较低(图1e 图和S1c,d)。久坐小鼠和运动小鼠之间的游泳速度没有显著差异(图S1a)之间的差异，久坐野生型(SED-WT)小鼠与未受试野生型(EXE-WT)小鼠之间的记忆能力无明显差异。
长期运动可改善5XFAD小鼠血脑屏障的结构和功能，血脑屏障的结构和功能的维持是清除Aβ的基础。研究了长期运动是否能改善5XFAD小鼠的BBB结构。脑组织中TJ蛋白的Western blot和免疫染色分析显示，与SED-WT小鼠相比，SED-5XFAD小鼠中ZO-1和克劳丁-5的表达降低。然而，在长期运动后，5XFAD小鼠中ZO-1和克劳丁-5的蛋白表达显著升高(分别为2.2和1.89倍)，表明运动对TJ蛋白表达具有积极作用(图2a,c图，S2a–c)。然后，研究者研究了周细胞相关蛋白(包括PDGFRβ和NG2)的表达。如图所示2b,d，与SED-WT小鼠相比，SED- 5XFAD小鼠表现出显著的周细胞缺乏，PDGFRβ和NG2表达分别减少45%和50%。长期运动后，EXE- 5XFAD小鼠的PDGFRβ和NG2表达分别增加约60%和95%。
研究发现MiRNA-532-5p通过抑制EPHA4调节BBB功能，通过对3个不同数据库中的基因列表进行交叉，共提取出miR-532-5p的31个靶基因，包括starbase、miRDB和TargetScan(图S7a)。其中，行为前研究显示人类AD脑中活性Eph受体A4 (EphA4)水平升高。下调神经元中EphA4信号表达的下游效应可以减弱与AD中Aβ诱导的神经变性相关的认知损害。此外，EphA4的激活也分别通过Rho/ROCK或EphA4-Tie2信号通路导致BBB损伤或脑血流量增加，因此，研究者最终将重点放在了EPHA4上。
与对照组(NC)相比，miR-532-5p模拟物降低了推定靶基因的荧光素酶活性，而EPHA4内推定miR-532-5p结合位点突变的荧光素酶活性未显示出显著差异(图6a)。研究者研究了EPHA4是否会影响周细胞和内皮细胞中功能蛋白的表达。使用三个小干扰RNA(siRNA)使EPHA4表达沉默。siRNA-2和siRNA-3以最大的效率击倒了EphA4，并用于随后的实验中(图S7b)。使用siRNA-2和siRNA-3沉默EPHA4导致原代周细胞中PDGFRβ水平升高，原代内皮细胞中ZO-1水平升高，表明EPHA4表达可能影响这些细胞的功能(图6d,e)。长期运动后，研究者在EXE-5XFAD小鼠中检测到EphA4表达减少(图6f,g)。与WT小鼠的变化趋势不同，5XFAD小鼠的EphA4在6个月后再次增加，早于WT小鼠(图6h,i)。
综上所述，本研究显示长期运动可修复血脑屏障的功能，包括紧密连接的松解、周细胞的丢失以及内皮细胞和周细胞LRP1的表达，以降低5XFAD小鼠的脑Aβ负荷并改善记忆能力。
参考文献：
Liang X, Fa W, Wang N, Peng Y, Liu C, Zhu M, Tian N, Wang Y, Han X, Qiu C, Hou T, Du Y. Exosomal miR-532-5p induced by long-term exercise rescues blood-brain barrier function in 5XFAD mice via downregulation of EPHA4. Aging Cell. 2022 Dec 9:e13748. doi: 10.1111/acel.13748. Epub ahead of print. PMID: 36494892.
编译作者: 圆也荷荷 (Brainnews创作团队)
校审: Charlie Brown (Brainnews编辑部)
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