FBXL16：通过泛素化依赖的淀粉样前体蛋白降解调控阿尔茨海默病中的神经炎症和认知

学术背景

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种与年龄相关的神经退行性疾病，主要表现为进行性认知功能下降。随着全球人口老龄化，神经退行性疾病的发病率逐渐增加，给家庭和社会带来了沉重的负担。根据2021年世界卫生组织的全球报告，目前全球约有4000万至5000万AD患者，预计到2050年这一数字将超过1亿。尽管AD的确切病因和药物靶点尚不明确，但研究表明，AD的发病机制涉及多种因素，包括遗传缺陷、β-淀粉样蛋白（Aβ）级联反应、自由基损伤、钙代谢异常、胆碱能系统失衡、神经炎症和铝毒性等。目前，AD的治疗药物主要通过调节神经递质水平来改善症状，但无法从根本上缓解疾病的进展。

泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-Proteasome System, UPS）在防止细胞内蛋白质积累中起着至关重要的作用，尤其是在中枢神经系统中，通过降解和清除突变和错误折叠的蛋白质（如tau、APP和α-突触核蛋白）来预防神经退行性疾病。研究表明，UPS通路的损伤会导致疾病蛋白的聚集，进而引发AD等神经退行性疾病。FBXL16（F-box and leucine-rich repeat protein 16）是一种E3泛素连接酶，属于F-box蛋白家族，其在蛋白质降解、细胞周期调控、细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭等过程中发挥重要作用。然而，FBXL16在AD中的具体分子和生理功能尚未得到充分研究。

论文来源

本论文由Liqun Qu、Yong Tang和Jianhui Wu等作者共同撰写，作者来自澳门科技大学、西南医科大学等机构。论文于2024年发表在《Biomarker Research》期刊上，题为“FBXL16: a new regulator of neuroinflammation and cognition in Alzheimer’s disease through the ubiquitination-dependent degradation of amyloid precursor protein”。

研究流程

1. 蛋白质组学分析

研究首先通过蛋白质组学分析，使用过表达FBXL16的HEK293细胞蛋白裂解液，鉴定与FBXL16相互作用的蛋白质。通过免疫共沉淀（Co-IP）实验，结合MG132和环己酰亚胺（CHX）处理，验证了FBXL16促进APP蛋白的蛋白酶体降解。此外，通过免疫组织化学（IHC）和免疫细胞化学（ICC）实验，进一步证实了FBXL16在AD模型中的作用。

2. 行为学实验

研究通过立体定位注射技术，构建了脑特异性过表达FBXL16的AD小鼠模型，并进行了Morris水迷宫和Y迷宫等行为学测试，评估了FBXL16对AD小鼠认知功能的改善作用。

3. FBXL16条件性敲除小鼠模型

为了进一步验证FBXL16在AD中的功能，研究构建了脑特异性条件性敲除（CKO）FBXL16小鼠模型，并通过行为学测试和病理学分析，证实了FBXL16在AD中的保护作用。

主要结果

1. FBXL16与APP的相互作用

研究通过蛋白质组学分析，鉴定出141个与FBXL16相互作用的蛋白质，其中19个蛋白质表达上调，62个蛋白质表达下调。通过STRING功能蛋白相关性网络分析，揭示了FBXL16与这些蛋白质的潜在相互作用网络，表明FBXL16在衰老相关的认知功能和泛素化过程中发挥重要作用。

2. FBXL16通过泛素化促进APP降解

研究通过分子对接分析，发现FBXL16与APP直接结合，并通过泛素化依赖的蛋白酶体降解途径促进APP的降解。免疫共沉淀实验进一步证实，FBXL16显著促进了APP蛋白的泛素化。

3. FBXL16改善AD小鼠的认知功能

在3×Tg AD小鼠模型中，过表达FBXL16显著改善了小鼠的空间学习和记忆能力。Morris水迷宫和Y迷宫实验结果显示，过表达FBXL16的小鼠在探索平台的时间、距离和目标象限的停留时间上均显著优于对照组。

4. FBXL16减轻AD小鼠的神经炎症

研究通过免疫组织化学分析，发现FBXL16显著抑制了AD小鼠脑中的星形胶质细胞和小胶质细胞的过度激活，表明FBXL16在抑制神经炎症中具有保护作用。

结论

本研究发现，FBXL16通过泛素化依赖的APP降解途径，显著改善了AD小鼠的认知功能和神经炎症。FBXL16的表达水平在AD小鼠中随年龄增长而下降，过表达FBXL16可以促进APP的降解，减少Aβ的积累，从而改善AD的病理特征。这些发现为AD的治疗提供了新的潜在靶点，并为开发针对其他神经退行性蛋白病的治疗策略奠定了基础。

研究亮点

1. FBXL16的新功能：本研究首次揭示了FBXL16在AD中的保护作用，通过泛素化依赖的APP降解途径，改善了AD小鼠的认知功能和神经炎症。
2. 创新的实验方法：研究通过立体定位注射技术构建了脑特异性过表达FBXL16的AD小鼠模型，并通过行为学测试和病理学分析，全面评估了FBXL16的功能。
3. 潜在的治疗靶点：FBXL16作为E3泛素连接酶，其调控APP降解的机制为AD的治疗提供了新的思路，未来有望开发基于FBXL16的靶向药物。

研究意义

本研究不仅揭示了FBXL16在AD中的分子机制，还为AD的治疗提供了新的潜在靶点。通过调控FBXL16的表达，有望开发出针对AD及其他神经退行性蛋白病的有效治疗策略。此外，研究还展示了基因治疗和细胞替代疗法在AD治疗中的潜力，为未来的临床研究提供了重要参考。

其他有价值的信息

本研究的局限性在于尚未在健康个体和AD患者中验证FBXL16的表达水平，未来需要进一步的研究来验证其在人类AD中的功能。此外，研究还发现FBXL16的表达受转录因子E2F1的调控，未来可以进一步探讨E2F1是否通过FBXL16影响APP的降解。