Orexin系统基因昼夜节律及其对早期阿尔茨海默症（AD）病理的影响研究

研究背景和目的

阿尔茨海默症（Alzheimer’s Disease, AD）是中枢神经系统的慢性退行性疾病，其典型病理特征包括由β-淀粉样蛋白（Aβ）聚集形成的老年斑，和由tau蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结。近年来的研究发现，Orexin及其受体与AD的发病机制密切相关，在正常生理条件下，Orexin系统基因显示出昼夜节律。然而，Orexin系统基因在AD早期阶段的昼夜特征以及其在AD病程中的潜在作用尚不明确。本研究旨在阐明3xtg-AD小鼠早期阶段Orexin系统基因的昼夜特征，并探讨其在AD神经病理发展中的潜在作用。

论文来源与作者

这篇文章由Jing Yin、Chun-Mei Tuo、Kai-Yue Yu、Xiao-Hong Hu、Yan-Ying Fan和Mei-Na Wu等科研人员撰写，他们均来自山西医科大学。论文于2023年10月16日在线发表于《Neuromolecular Medicine》期刊。

研究流程

a) 研究工作流程

研究选取6个月龄雄性3xtg-AD小鼠及C57BL/6J（野生型，WT）小鼠作为实验对象，在恒定的12小时光暗周期（光照从上午6:00到下午6:00）和恒定的温湿度条件下饲养。按照Zeitgeber Time（ZT），即光周期时间，分别在ZT0, ZT4, ZT8, ZT12, ZT16和ZT20取样。采用QT-PCR方法检测下丘脑及海马中的Orexin系统基因、AD风险基因和核心时钟基因（ccgs）的mRNA表达水平。

同时，通过Pearson相关分析探讨Orexin系统基因与AD风险基因或核心时钟基因表达之间的相关性，并使用Western Blot法检测3xtg-AD小鼠海马中可溶性Aβ寡聚体和磷酸化tau（p-tau）蛋白的表达水平。

b) 研究主要结果

下丘脑与海马中Orexin系统基因和AD风险基因的昼夜特征

1. 下丘脑中的变化：

   • WT小鼠中，PPO基因在ZT16表现出昼夜节律性；然而，在3xtg-AD小鼠中，PPO基因丧失了昼夜节律性，且表达水平在ZT16显著低于WT小鼠。
   • 在ZT16，3xtg-AD小鼠的OX1R和OX2R基因表达水平显著高于WT小鼠。
   • AD风险基因BACE2在ZT16的表达显著高于WT小鼠，而BACE1和BACE2基因在三种小鼠中均未显示出显著的昼夜节律。
   • 核心时钟基因Bmal1, Per1, Per2和Cry1在WT小鼠中具有明显的昼夜节律，但只有Per2基因在3xtg-AD小鼠中显示昼夜节律。

2. 海马中的变化：

   • 在WT小鼠中，OX1R和OX2R基因在ZT16达到峰值，而在3xtg-AD小鼠中，该峰值延迟至ZT20。WT小鼠在ZT16的OX1R（p = 0.003）和OX2R（p = 0.011）基因表达显著高于3xtg-AD小鼠。
   • AD风险基因Bace1在ZT4的表达显著高于WT小鼠，但Bace2和Bace1基因在两种小鼠中均未显示显著的昼夜节律。
   • 核心时钟基因Bmal1和Cry2在WT小鼠中具有显著的昼夜节律，但在3xtg-AD小鼠中显现不足。

可溶性Aβ寡聚体和磷酸化tau蛋白的表达

• 3xtg-AD小鼠在ZT6和ZT18时的可溶性Aβ寡聚体表达水平显著高于WT小鼠，但并未显示昼夜差异。
• 3xtg-AD小鼠在ZT6和ZT18时的p-tau表达水平均显著高于WT小鼠，且在ZT18时的表达显著高于ZT6。

研究结论和意义

结论

研究初步阐明了早期AD阶段Orexin系统基因的昼夜特征，并证实了Orexin系统基因与AD风险基因或核心时钟基因之间的正相关性。此外，这些基因表达的异常可能加速Aβ和p-tau的积累，从而促进AD病程的发展。

研究价值

本研究揭示了Orexin系统在AD进展中的潜在作用，进一步证明了Orexin系统基因与AD风险基因和时钟基因之间的相关性。这些发现对于全面理解AD的病理机制具有重要的科学价值，并可能为AD的早期干预提供新思路。

研究亮点

• 首次描述了3xtg-AD小鼠中Orexin系统基因的昼夜节律特征及其与AD病理的关系。
• 阐明了早期AD阶段Orexin系统基因的异常表达可能通过增加Aβ和p-tau的表达，进一步影响AD的进展。
• 研究方法中采用了多种基因和蛋白表达水平检测技术，数据丰富且具有较强的实证性。