阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一種進行性神經退行性疾病🔮，常伴有記憶喪失、智力喪失♔、社交和情感功能障礙等症狀，病理特征包括腦內澱粉樣蛋白(Aβ)聚集形成的老年斑、過度磷酸化的Tau蛋白聚集形成的神經元纖維纏結(nft)〰️、慢性炎症反應、突觸喪失和神經元死亡🤸‍♂️👩🏿‍🦰。最近的研究也表明🉑，在許多大腦中沒有老年斑和神經原纖維纏結的阿爾茨海默病患者中，突觸的形態和功能已經明顯退化🧛🏽，甚至一些神經元已經死亡，因此突觸丟失被認為是早期AD認知障礙最明顯的形態學相關因素。最近研究也發現轉錄調控因子可調節突觸可塑性🚽。此外🧑🏻‍🦳🏋🏼，AD大腦中許多轉錄調控因子發生了顯著變化，而這些轉錄因子在AD中的作用尚不清楚。

Maf1是一種高度保守的蛋白，可作為RNA聚合酶III的轉錄調節因子🤛🏼🧑🏽‍💼，通過激活PTEN通路在腫瘤、糖代謝、脂質代謝等方面發揮重要作用🐍。Maf1在中樞神經系統中也有高表達，尤其是在海馬和皮層中。Maf1可通過PI3K-AKT-mTOR信號通路負向調節海馬神經元樹突生長，負向調節樹突棘生長，影響小鼠體內學習記憶能力𓀑👳🏻‍♂️。因此🙎🌤，通過探索Maf1在AD疾病進展中的作用和潛在功能，有可能進一步闡明AD突觸重塑的機製。

近日🪅🎐，恒达平台附屬東方醫院神經內科李剛團隊在醫學-臨床神經學學術刊物《腦》（Brain）在線發表了題為“Maf1 loss regulates spinogenesis and attenuates cognitive impairment in Alzheimer’s disease”的文章。該研究發現，在阿爾茨海默病中轉錄調控因子Maf1表達升高🧏🏿‍♀️，通過與Grin1的啟動子區結合而調節NMDAR1的表達，進一步調節鈣穩態，影響神經元突觸形態和功能，最終改善AD小鼠的突觸功能以及認知功能👨🏻。

阿爾茨海默病(AD)是一種以進行性認知障礙為特征的神經退行性疾病。突觸功能障礙出現在阿爾茨海默病的早期👳‍♀️，並與認知障礙顯著相關。越來越多的研究轉錄調控作為一個決定性因子可以影響神經元生長的多個方面，包括神經元的極化與遷移📝、軸突的生長與導向👩🏻‍🍳、樹突的生長與分支以及突觸的發生。然而🧝‍♂️，AD大腦中許多轉錄調控因子發生了顯著變化，具體的調控機製尚不清楚。考慮到轉錄因子作用的特點😂，研究人員設想在AD中發生變化的轉錄因子是否能調控神經元突觸相關基因的表達👎🏻，從而影響突觸可塑性🤸🏼‍♂️，發揮改善認知的作用。

研究人員通過對人腦GEO數據庫GSE5281進行基因組研究🤹🏽，找到AD與正常海馬組織之間的所有差異基因🏋🏻‍♂️，發現在AD患者海馬中Maf1的表達水平有顯著升高趨勢🛗。同時原代海馬神經元AD模型與APP/PS1小鼠海馬中Maf1蛋白水平均顯著升高（圖1）。

圖1 AD患者和APP/PS1小鼠中Maf1表達增加

研究人員利用CRISPR/ Cas9介導的基因工程技術構建了Maf1條件性敲除小鼠，與AD轉基因小鼠雜交後，探究條件性敲除Maf1後對學習和記憶功能的影響（圖2）🥳。

圖2 條件性敲除Maf1可改善AD小鼠的學習記憶功能

研究人員發現在AD轉基因小鼠及體外AD模型中，條件性敲除Maf1後神經元樹突棘總數量明顯增多🙍🏽，而且成熟樹突棘的百分比的比例也明顯提高🧑🏼‍💼，這說明Maf1在AD疾病中對神經元樹突的形態具有調控作用（圖3）。

圖3 海馬中Maf1條件敲除可促進AD神經元樹突棘的成熟

然而，這種形態的恢復是否能改善神經生理功能障礙嗎？因此🌸，研究人員進一步檢測了小鼠海馬突觸可塑性的變化，觀察到AD小鼠海馬神經元中mEPSC的頻率降低，而敲減了Maf1後恢復到WT水平👨🏼‍🚀☣️。因此🤚🏿，研究人員認為條件性敲除Maf1可以恢復海馬突觸可塑性（圖4）🧑🏻‍🤝‍🧑🏻。

圖4 條件性敲除Maf1可挽救AD小鼠突觸功能障礙

為了探索Maf1調控神經元突觸功能的機製，研究人員進行轉錄組學測序（圖5）。GO富集分析和KEGG通路分析表明，下調基因主要與突觸、鈣離子信號通路和神經相關的配體受體反應有關。

圖5  RNAseq分析提示Maf1調控下遊基因Grin1參與鈣信號通路和突觸功能

CUT&Tag實驗進一步探討了Maf1在AD中調節突觸重塑的機製(圖6)。GO分析和KEGG分析表明突觸與鈣離子信號通路和谷氨酸突觸密切相關。通過蛋白相互作用網🧑‍🦼‍➡️🪛，發現Grin1位於核心位置👨‍❤️‍💋‍👨，這表明Maf1-NMDAR1可能通過調節AD中鈣穩態來調節突觸功能。

圖6 CUT&Tag測序顯示Maf1和Grin1基因之間存在蛋白- DNA相互作用

總的來說🧅，研究人員表明💆，轉錄調節因子Maf1在AD中表達增加🥷，通過與Grin1的啟動子區結合，調節NMDAR1的表達👩‍👧，進一步調節鈣穩態，改變樹突棘的形態結構和數量⚰️，從而影響突觸功能🤟🏼。最終🛒，它調節突觸重塑並影響學習和記憶功能（圖7）。

圖7  Maf1-NMDAR1信號通路調控神經元鈣穩態並參與阿爾茨海默病突觸重塑的機製

該研究聚焦於神經元突觸重塑相關的轉錄調控因子Maf1，研究結果闡明了Maf1-NMDAR1信號通路在AD發病過程中對於突觸結構、神經元功能和認知行為的影響，有可能成為AD早期發病的潛在診斷和治療靶點。需要說明的是，雖然我們探索了神經元中Maf1對Grin1基因的調控作用〽️，但在AD疾病進展中膠質細胞中Maf1是否發揮功能還需要進一步研究🥴。

李剛教授為論文通訊作者🧝🏽，張貝博士為共同通訊作者，課題組韓穎穎博士為第一作者㊗️。

論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38226680/