電壓門控鈉通道NaV1.6與阿爾茨海默病神經(jīng)元過度激活之間的關(guān)聯(lián)研究

文獻(xiàn)速遞：NaV1.6通道或成為阿爾茨海默病治療新靶點(diǎn)

關(guān)于阿爾茨海默�。ˋD）的眾多研究主要集中在淀粉樣蛋白β（Aβ）及其累積的問題上，關(guān)于Aβ與離子通道之間相互作用的研究是相對較少的。在《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）上公布的一項(xiàng)有趣的研究，揭示了一種特定類型的電壓門控鈉通道（NaV）與阿爾茨海默病神經(jīng)元過度激活之間存在的密切關(guān)聯(lián)。此項(xiàng)研究不僅讓人們對 NaV 通道的作用有了新的認(rèn)識，同時也為潛在的治療干預(yù)措施開辟了一條大有可為的途徑，從而有助于對抗阿爾茨海默病（AD）的初期階段。

Aβ與NaV1.6之間有怎樣的聯(lián)系？

在尋找答案的過程中，研究團(tuán)隊(duì)將他們的研究焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了電壓門控鈉通道上。這些通道與海馬神經(jīng)元在阿爾茨海默�。ˋD）中的過度活躍以及癲癇發(fā)作頻率的上升有著密切的關(guān)聯(lián)。研究團(tuán)隊(duì)采用了暴露于淀粉樣蛋白-β1-42（Aβ1-42）寡聚體（AD的標(biāo)志）的原始海馬神經(jīng)元，踏上了揭示神經(jīng)元過度激活之謎的研究之旅。研究團(tuán)隊(duì)采用了兩種獨(dú)特的體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砟�擬淀粉樣病理：一種是通過合成Aβ1-42寡聚體對小鼠海馬神經(jīng)元原代培養(yǎng)物進(jìn)行了24小時的處理，而另一種則是Tg2576小鼠海馬神經(jīng)元原代培養(yǎng)物。這種原代培養(yǎng)物能夠內(nèi)源性地產(chǎn)生Aβ1-42肽，并隨著時間的推移在培養(yǎng)物中不斷累積。他們還采用了鈉通道阻斷劑檸檬酸河豚毒素（TTX）（#T-550）來中斷來自內(nèi)源性NaV電流。

在將海馬神經(jīng)元暴露于Aβ1-42之后，用抗NaV1.6（SCN8A）抗體（#ASC-009）進(jìn)行了Western印跡實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些Aβ1-42寡聚體在24小時后開始積累，并有選擇性地增加了NaV1.6通道的表達(dá)和活性（參見圖1）。研究團(tuán)隊(duì)還用了抗SCN1A（NaV1.1）抗體（#ASC-001）和抗SCA2A（NaV1.2）抗體（#ASC-002）來研究這些蛋白質(zhì)在Aβ1-42作用下的表達(dá)情況。他們觀察到，NaV1.6的選擇性上調(diào)在膜的去極化和尖峰頻率的上升中扮演了關(guān)鍵角色，而這種尖峰頻率的上升正是導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的主要原因。

為了驗(yàn)證他們的研究成果，研究團(tuán)隊(duì)選擇了Tg2576小鼠胚胎作為研究阿爾茨海默病的小鼠模型。研究人員觀察到，從這些小鼠體內(nèi)提取的海馬神經(jīng)元表現(xiàn)出NaV1.6通道的選擇性上調(diào)，但對NaV1.1和NaV1.2通道并無明顯影響，與此同時，尖峰頻率、膜去極化和電流密度也呈現(xiàn)上升趨勢。

這些研究成果為Aβ1-42寡聚體與NaV1.6通道之間建立了關(guān)鍵的聯(lián)系，鞏固了該通道在海馬神經(jīng)元過度激活時的功能。

當(dāng)暴露于Aβ1-42時，原代培養(yǎng)海馬神經(jīng)元中NaV1.6蛋白的活性和表達(dá)水平會選擇性上調(diào)

圖1.10-12DIV時Aβ1-42的暴露對原代海馬神經(jīng)元中的Na+電流的影響。（A）在對照條件下，以及在0.1μM、1μM和5μM Aβ1-42暴露24小時之后，記錄原發(fā)性海馬神經(jīng)元Na+電流的代表性軌跡。（B）在對照條件下，以及在0.1μM、1μM、5μM Aβ1-42和5μM Aβ42-1的作用24小時之后，原發(fā)性海馬神經(jīng)元在-20 mV下記錄的Na+電流密度的歸一化。條形圖上標(biāo)注了每種實(shí)驗(yàn)條件下使用的細(xì)胞數(shù)，數(shù)值表示為 3 次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的平均百分比 ± SEM。相較于對照組，*p＜0.05；相較于對照組，***p＜0.001；相較于0.1μM，^p＜0.05；相較于0.1和1μM，#p＜0.001。（C） 在對照條件下以及 5 μM Aβ1-42 作用 1 小時、12 小時、24 小時和 48 小時后，原發(fā)性海馬神經(jīng)元記錄的 -20 mV 下 Na+ 電流密度的歸一化。條形圖上標(biāo)注了每種實(shí)驗(yàn)條件下使用的細(xì)胞數(shù)量，數(shù)值以 3 次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的平均值 ± SEM 的百分比表示。與對照組相比，***p < 0.001；與 1 小時相比，^p < 0.001；與 1 小時和 12 小時相比，#p < 0.001；與 24 小時相比，§p < 0.001。 (D) 原發(fā)性海馬神經(jīng)元在對照組條件下和 5 μM Aβ1-42（24 小時）后以無間隙模式記錄的代表性電流描記圖。(E) 在原代海馬神經(jīng)元中，對照條件下和 5 μM Aβ1-42（24 小時）后 Aβ1-42 對尖峰頻率影響的定量分析。條形圖上標(biāo)注了每種實(shí)驗(yàn)條件下使用的細(xì)胞數(shù)，數(shù)值以 3 次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的平均百分比 ± SEM 表示。與對照組相比，***P < 0.001。(F) 原代海馬神經(jīng)元在對照條件下和 5 μM Aβ1-42 （24 小時）后 Aβ1-42 對膜電位影響的定量分析。條形圖上標(biāo)注了每種實(shí)驗(yàn)條件下使用的細(xì)胞數(shù)，數(shù)值以 3 次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的平均百分比 ± SEM 表示。與對照組相比，***P < 0.001。摘自 Ciccone, R. et al. Sci Rep9, 13592 (2019)。

NaV1.6 的表達(dá)與沉默
鑒于Aβ1-42與NaV1.6之間的關(guān)聯(lián)已經(jīng)被揭示，研究團(tuán)隊(duì)對其作用機(jī)制進(jìn)行了深入演技，并研究了NaV1.6在Aβ1-42誘導(dǎo)的神經(jīng)元興奮性中所起的作用。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們采用了NaV1.6 siRNA和茴香霉素進(jìn)行處理，試圖逆轉(zhuǎn)電生理學(xué)上的變化。

這兩種技術(shù)都顯著地減少了Tg2576小鼠海馬區(qū)域的Na+電流，有效地抑制了電生理學(xué)的變動（如尖峰頻率和膜去極化的增加），甚至降低了自發(fā)動作電位的振幅和頻率。

為了深入了解小鼠模型中的表達(dá)情況，研究團(tuán)隊(duì)采用了抗NaV1.6通道（#ASC-009）和抗微管相關(guān)蛋白（MAP2）來對組織神經(jīng)元進(jìn)行雙重標(biāo)記。在此，他們觀察到，與WT神經(jīng)元（圖2A a-c）相比，NaV1.6在WT海馬神經(jīng)元的神經(jīng)髓質(zhì)和體節(jié)部分呈點(diǎn)狀染色（圖2A），而在Tg2576海馬神經(jīng)元（圖2A d-f）部分則呈明顯的髓周染色特征。他們還觀察到，茴香霉素成功地逆轉(zhuǎn)了Tg2576海馬神經(jīng)元中NaV1.6免疫活性的上升（參見圖2A g-i）。

這些結(jié)果證實(shí)NaV1.6通道在Aβ1-42-觸發(fā)的神經(jīng)元過度激活過程中具有特定的作用。

茴香霉素處理可降低Tg2576海馬神經(jīng)元中NaV1.6免疫反應(yīng)的增長

在圖2.12 DIV時，Tg2576原代海馬神經(jīng)元在經(jīng)過異霉素處理后，NaV1.6蛋白表達(dá)的免疫細(xì)胞化學(xué)的分析（Anti-Nav1.6（SCN8A）#ASC-009）。（A）免疫熒光共聚焦圖像，顯示W(wǎng)T（a-c）和Tg2576原發(fā)性海馬神經(jīng)元在無（d-f）或有（g-i）茴香霉素時的NaV1.6（綠色）和MAP2（紅色）分布情況。a-i中的標(biāo)尺：20μm。（B）定量分析：WT和Tg2576原發(fā)性海馬神經(jīng)元在有無茴香霉素的情況下，其腦室內(nèi)NaV1.6陽性點(diǎn)。標(biāo)尺:5μm。數(shù)據(jù)以3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中每組20個細(xì)胞的平均值±SEM表示。相較于WT，**p＜0.01；相較于Tg2576，#p的值＜0.001。摘錄自Ciccone, R. et al. Sci Rep9, 13592 (2019)。

解開謎團(tuán)
隨著拼圖的逐步完成，研究團(tuán)隊(duì)開始探索Aβ1-42寡聚體是如何增強(qiáng)海馬神經(jīng)元中NaV1.6的活性的。他們觀察到，由于Aβ1-42低聚物和細(xì)胞內(nèi)的累積，NaV1.6蛋白表達(dá)和功能活性選擇性都有所提升。有趣的是，在Tg2576海馬神經(jīng)元里也觀察到了這種上調(diào)，這進(jìn)一步加強(qiáng)了Aβ1-42與NaV1.6通道的相互聯(lián)系。

盡管關(guān)于Aβ1-42低聚物如何增強(qiáng)NaV1.6活性的具體機(jī)制尚不明確，但研究人員猜測，這可能涉及到基因轉(zhuǎn)錄的改變、蛋白質(zhì)降解的減少或Aβ1-42與淀粉樣前體蛋白（APP）等其他蛋白的相互作用，后者可能會影響NaV1.6通道向細(xì)胞膜的位置轉(zhuǎn)移。

關(guān)于NaV1.6和AD的未解之謎
盡管研究的前景令人充滿好奇，但仍存在未解之謎和需要解決的挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)呈現(xiàn)了令人信服的證據(jù)，這些證據(jù)表明NaV1.6與阿爾茨海默病（AD）背景下神經(jīng)元的過度興奮有關(guān)。盡管如此，Aβ1-42低聚物提高NaV1.6活性的作用機(jī)制依然未知。了解這些機(jī)制對于開發(fā)靶向治療藥物至關(guān)重要。

Aβ1-42寡聚體與負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)降解的泛素系統(tǒng)之間的交互作用是一個引人注目的議題。觀察結(jié)果顯示，Aβ1-42寡聚體能夠破壞泛素系統(tǒng)，從而導(dǎo)致阿爾茨海默�。ˋD）小鼠模型中蛋白質(zhì)的降解減少。這種失調(diào)是否會導(dǎo)致NaV1.6的上調(diào)？深入探討Aβ1-42與泛素系統(tǒng)間的紛繁復(fù)雜的聯(lián)系，有可能揭示出更多的治療靶點(diǎn)。

盡管這項(xiàng)研究主要關(guān)注NaV1.6在神經(jīng)元過度激活中的作用，但其潛在的影響范圍可能更為廣泛。隨著我們對阿爾茨海默病（AD）復(fù)雜性進(jìn)一步了解，探究NaV1.6是否對突觸功能障礙、神經(jīng)炎癥以及其他相關(guān)疾病的發(fā)生有所助益變得尤為關(guān)鍵。這些知識有可能為干預(yù)措施提供全新的路徑。

NaV1.6：一個重要的新角色
這項(xiàng)研究不僅揭示了NaV1.6通道在阿爾茨海默�。ˋD）疾病中的功能，同時也為我們提供了可能的治療方法。研究人員理論上能夠通過靶向NaV1.6通道的上調(diào)和激活，來對抗阿爾茨海默�。ˋD）早期階段海馬的過度興奮和隨后出現(xiàn)的認(rèn)知障礙。

值得強(qiáng)調(diào)的是，把這些研究成果應(yīng)用到臨床實(shí)踐中是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的工作。研發(fā)特異性靶向 NaV1.6 的藥物，同時避免脫靶效應(yīng)，一直是全球藥物藥物研發(fā)科學(xué)家努力解決的問題在，其所能帶來的潛在收益是非常龐大的。

這項(xiàng)研究的意義遠(yuǎn)不止于阿爾茨海默�。ˋD）。過度興奮和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)紊亂也是癲癇等其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的特征。深入了解NaV1.6在這類疾病中的角色，可能會為神經(jīng)科學(xué)帶來更為深遠(yuǎn)的影響。

綜合來看，這項(xiàng)研究讓我們離了解阿爾茨海默病（AD）大腦的復(fù)雜運(yùn)作更近了一步�？茖W(xué)家們通過揭示NaV1.6在Aβ1-42寡聚體引發(fā)的神經(jīng)元過度激活中的核心角色，為未來的治療提供了一個很有希望的靶點(diǎn)。盡管仍有大量的研究工作待完成，但這些新的發(fā)現(xiàn)為治療阿爾茨海默�。ˋD）和其他神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病提供了新的方向，并確保了離子通道在研究中的核心地位。

相關(guān)文獻(xiàn)

Ciccone R, Franco C, Piccialli I, Boscia F, Casamassa A, de Rosa V, Cepparulo P, Cataldi M, Annunziato L, Pannaccione A. Amyloid β-Induced Upregulation of Nav1.6 Underlies Neuronal Hyperactivity in Tg2576 Alzheimer's Disease Mouse Model. Sci Rep. 2019 Sep 19;9(1):13592. doi: 10.1038/s41598-019-50018-1. PMID: 31537873; PMCID: PMC6753212.