Arginase1敲低通过增强Aβ降解和减轻神经炎症改善APP/PS1小鼠认知功能

王清波; 唐姣玲; 郭开华; 徐杰

doi:10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2022.0303

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Arginase1敲低通过增强Aβ降解和减轻神经炎症改善APP/PS1小鼠认知功能

基础研究 | 更新时间：2024-02-19

- Arginase1敲低通过增强Aβ降解和减轻神经炎症改善APP/PS1小鼠认知功能
- Arginase1 Knockdown Improves Cognitive Function by Enhancing Aβ Degradation and Reducing Neuroinflammation in APP/PS1 Mouse
- 中山大学学报（医学科学版） 2022年43卷第3期页码：352-360
- 作者机构：
  
  中山大学中山医学院解剖学教研室，广东广州510080
- 作者简介：
  
  王清波，硕士生，研究方向：阿尔茨海默病的神经免疫学机制，E-mail：wangqb7@mail2.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(81971021);广东省自然科学基金(2019A1515011184;2020A151501001)
- DOI：10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2022.0303
  中图分类号： R3
- 收稿：2022-03-10，
  
  纸质出版：2022-05-20
- 稿件说明：
移动端阅览
王清波,唐姣玲,郭开华等.Arginase1敲低通过增强Aβ降解和减轻神经炎症改善APP/PS1小鼠认知功能[J].中山大学学报（医学科学版）,2022,43(03):352-360.

WANG Qing-bo,TANG Jiao-ling,GUO Kai-hua,et al.Arginase1 Knockdown Improves Cognitive Function by Enhancing Aβ Degradation and Reducing Neuroinflammation in APP/PS1 Mouse[J].Journal of Sun Yat-sen University(Medical Sciences),2022,43(03):352-360.
王清波,唐姣玲,郭开华等.Arginase1敲低通过增强Aβ降解和减轻神经炎症改善APP/PS1小鼠认知功能[J].中山大学学报（医学科学版）,2022,43(03):352-360. DOI： 10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2022.0303.

WANG Qing-bo,TANG Jiao-ling,GUO Kai-hua,et al.Arginase1 Knockdown Improves Cognitive Function by Enhancing Aβ Degradation and Reducing Neuroinflammation in APP/PS1 Mouse[J].Journal of Sun Yat-sen University(Medical Sciences),2022,43(03):352-360. DOI： 10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2022.0303.

摘要

目的

探讨表达M2型小胶质细胞标志物精氨酸酶1（Arginase1，Arg1）敲低对阿尔茨海默病模型小鼠（APP/PS1）认知功能的影响。

方法

采用Arginase1基因工程小鼠，分为C57BL/6对照组（WT）、Arginase1低表达组（Arg1

+/-

）、阿尔茨海默病小鼠模型组（APP/PS1）、Arginase1、APP/PS1转基因小鼠Arginase1低表达组（Arg1

+/-

；APP/PS1），旷场实验（OFT）、Morris水迷宫（MWM）实验分别测试小鼠自主活动和适应能力、学习记忆能力，硫磺素S染色法和免疫荧光染色法检测小鼠脑内β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积；小鼠海马区域Arginase1，小胶质细胞特征性标志物离子钙接头蛋白分子1（Iba1）、跨膜蛋白119（Tmem119）及溶酶体蛋白（CD68）表达量；ELISA法检测海马和皮质组织Aβ

1-40

、Aβ

1-42

表达量，蛋白免疫印迹（Western blot）法检测淀粉样蛋白前体蛋白（APP）、APP-β位点剪切酶（BACE）、脑啡肽酶（NEP）、白细胞介素-1β（IL-1β）表达量。

结果

OFT结果显示，与APP/PS1组比较Arg1

+/-

；APP/PS1组在中央格区域的持续时间和运动频率明显增高（

0.001）；MWM实验结果显示，与APP/PS1组比较Arg1

+/-

；APP/PS1组小鼠逃避潜伏期明显减少（

0.001）、目标象限停留时间和距离及穿越平台次数均明显增多（均

0.05）；硫磺素S和免疫荧光染色法测定，与APP/PS1组比较Arg1

+/-

；APP/PS1组海马区域Aβ水平显著降低（

0.001），与APP/PS1组比较Arg1

+/-

；APP/PS1组海马区域小胶质细胞表达CD68增多（

=0.039 2，

=0.000 3）；ELISA与Western blot结果显示，与APP/PS1组比较，Arg1

+/-

；APP/PS1组Aβ

1-40

、Aβ

1-42

、APP、IL-1β水平下降，NEP蛋白表达量增加（

0.000 1），BACE蛋白表达量无明显差异（

=0.497 7）。

结论

在APP/PS1模型小鼠中，下调Arginase1可能促进脑内小胶质细胞激活，上调Aβ降解酶NEP水平，减少脑内Aβ沉积和神经炎症，从而提高AD模型小鼠空间学习能力。

Abstract

Objective

To investigate the effect of the M2 microglia marker Arginase1 （Arg1） knockdown on cognitive function in APP/PS1 transgenic mouse model of Alzheimer's disease （AD）.

Methods

Arginase1 genetically engineered mice were used and divided into C57BL/6 control group （WT）， Arginase1 low expression group （Arg1

+/-

）， Alzheimer's disease mouse model group （APP/PS1）， Arginase1， APP/PS1 transgenic mice Arginase1 low expression group （Arg1

+/-

； APP/PS1）. We used open field test （OFT） to assess the autonomous activity and adaptive capacity of mice； morris water maze experiment （MWM） to evaluate learning and memory function of mice； thioflavine-S staining to observe the brain amyloid β-protein （Aβ） deposition in mice； immunofluorescence staining to detect the expression of microglia markers ionized calcium-binding adaptor molecule 1 （Iba1）， transmembrane protein 119 （Tmem119） and lysosomal protein （CD68）； Elisa to determine Aβ

1-40

and Aβ

1-42

expression in hippocampal and cortical tissues； and protein immunoblot （Western blot） to measure the expression of amyloid precursor protein （APP）， beta-site APP-cleaving enzyme （BACE）， enkephalinase （NEP）， and interleukin-1β （IL-1β）.

Results

Compared with APP/PS1 group， Arg1

+/-

； APP/PS1 group showed significantly increased duration and frequency in central area （

0.00 1）； significantly reduced escape latency （

0.001）， significantly increased dwell time， path length in the target quadrant and times of crossing the platform （all

0.05）； significant decrease of Aβ deposition in the hippocampus （

0.000 1） and significant increased expression of CD68 by microglia in the hippocampal region （

=0.039 2，

=0.000 3）； decreased levels of Aβ

1-40

， Aβ

1-42

， APP， IL-1β and increased expression of NEP protein （

0.000 1）. No significant difference in BACE protein expression （

=0.497 7） was found.

Conclusion

Down-regulation of Arg1 may promote microglia activation in the brain， up-regulate the level of Aβ-degrading enzyme NEP， reduce Aβ deposition and neuroinflammation in the brain， thus improve the spatial learning capacity of APP/PS1 mouse model of AD.

关键词

Keywords

references

Tiwari S ， Atluri V ， Kaushik A ， et al . Alzheimer's disease： pathogenesis， diagnostics，and therapeutics ［J］. Int J Nanomedicine ， 2019 ， 14 ： 5541 - 5554 .

2021 Alzheimer's disease facts and figures ［J］. Alzheimers Dement ， 2021 ， 17 （ 3 ）： 327 - 406 .

Li F ， Qin W ， Zhu M ， et al . Model-based projection of dementia prevalence in China and worldwide： 2020-2050 ［J］. J Alzheimers Dis ， 2021 ， 82 （ 4 ）： 1823 - 1831 .

Maesako M ， Houser MC ， Turchyna Y ， et al . Presenilin/γ-secretase activity is located in acidic compartments of live neurons ［J］. J Neurosci ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 145 - 154 .

Fujita Y ， Maeda T ， Sato C ， et al . Engulfment of Toxic Amyloid beta-protein in Neurons and Astrocytes Mediated by MEGF10 ［J］. Neuroscience ， 2020 ， 443 ： 1 - 7 .

Villemagne VL ， Burnham S ， Bourgeat P ， et al . Amyloid beta deposition， neurodegeneration， and cognitive decline in sporadic Alzheimer's disease： a prospective cohort study ［J］. Lancet Neurol ， 2013 ， 12 （ 4 ）： 357 - 367 .

Ashok A ， Singh N ， Chaudhary S ， et al . Retinal degeneration and Alzheimer's disease： An Evolving Link ［J］. Int J Mol Sci ， 2020 ， 21 （ 19 ）.

Salloway S ， Chalkias S ， Barkhof F ， et al . Amyloid-related imaging abnormalities in 2 phase 3 studies evaluating Aducanumab in patients with early Alzheimer disease . JAMA Neurol . 2022 ， 79 （ 1 ）： 13 - 21 .

Alexander GC ， Emerson S ， Kesselheim AS . Evaluation of Aducanumab for Alzheimer disease： scientific evidence and regulatory review involving efficacy， safety， and futility . JAMA . 2021 ， 325 （ 17 ）： 1717 - 1718 .

Ovsepian SV ， O'Leary VB . Can Arginase Inhibitors be the answer to therapeutic challenges in Alzheimer's disease？［J］. Neurotherapeutics ， 2018 ， 15 （ 4 ）： 1032 - 1035 .

Caldwell RB ， Toque HA ， Narayanan SP ， et al . Arginase： an old enzyme with new tricks ［J］. Trends Pharmacol Sci ， 2015 ， 36 （ 6 ）： 395 - 405 .

Mills CD . M1 and M2 Macrophages： Oracles of health and disease ［J］. Crit Rev Immunol ， 2012 ， 32 （ 6 ）： 463 - 488 .

Ma C ， Hunt JB ， Kovalenko A ， et al . Myeloid Arginase 1 insufficiency exacerbates Amyloid-beta associated neurodegenerative pathways and glial signatures in a mouse model of Alzheimer's disease： a targeted transcriptome analysis ［J］. Front Immunol ， 2021 ， 12 ： 628156 .

Ozben T ， Ozben S . Neuro-inflammation and anti-inflammatory treatment options for Alzheimer's disease ［J］. Clin Biochem ， 2019 ， 72 ： 87 - 89 .

Chancellor B ， Duncan A ， Chatterjee A . Art therapy for Alzheimer's disease and other dementias ［J］. J Alzheimers Dis ， 2014 ， 39 （ 1 ）： 1 - 11 .

Calsolaro V ， Edison P . Neuroinflammation in Alzheimer's disease： current evidence and future directions ［J］. Alzheimers Dement ， 2016 ， 12 （ 6 ）： 719 - 732 .

Lian H ， Litvinchuk A ， Chiang AC ， et al . Astrocyte-microglia cross talk through complement activation modulates Amyloid pathology in mouse models of Alzheimer's disease ［J］. J Neurosci ， 2016 ， 36 （ 2 ）： 577 - 589 .

Liu RT ， Gao J ， Cao S ， et al . Inflammatory mediators induced by amyloid-beta in the retina and RPE in vivo： implications for inflammasome activation in age-related macular degeneration ［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci ， 2013 ， 54 （ 3 ）： 2225 - 2237 .

Cherry JD ， Olschowka JA ， O'Banion MK . Arginase 1+ microglia reduce Aβ plaque deposition during IL-1β-dependent neuroinflammation . J Neuroinflammation . 2015 ， 12 ： 203 .

Rangaraju S ， Dammer EB ， Raza SA ， et al . Identification and therapeutic modulation of a pro-inflammatory subset of disease-associated-microglia in Alzheimer's disease ［J］. Mol Neurodegener ， 2018 ， 13 （ 1 ）： 24 .

Hansen DV ， Hanson JE ， Sheng M . Microglia in Alzheimer's disease ［J］. J Cell Biol ， 2018 ， 217 （ 2 ）： 459 - 472 .

Zhu D ， Yang N ， Liu YY ， et al . M2 Macrophage transplantation ameliorates cognitive dysfunction in Amyloid-β-treated rats through regulation of microglial polarization . J Alzheimers Dis . 2016 ， 52 （ 2 ）： 483 - 95 .

Xie L ， Zhang N ， Zhang Q ， et al . Inflammatory factors and amyloid beta-induced microglial polarization promote inflammatory crosstalk with astrocytes ［J］. Aging （Albany NY）， 2020 ， 12 （ 22 ）： 22538 - 22549 .

陈冬萍，肖建民，董志会，等 . 左旋聚乳酸对单核细胞来源巨噬细胞M1/M2极化的影响及姜黄素的干预作用［J］. 广东医学， 2020 ， 41 （ 11 ）： 1139 - 1144 .

Chen DP ， Xiao JM ， Dong ZH ， et al . Effect of levopolylactic acid on M1/M2 polarization in monocyte-derived macrophages and the interventional effect of curcumin ［J］. Guangdong Med J ， 2020 ， 41 （ 11 ）： 1139 - 1144 .

万亚会，吴伟，张轩，等 . 慢性睡眠剥夺对小鼠海马胶质细胞α7-nAChR影响的研究［J］. 中国神经精神疾病杂志， 2019 ， 45 （ 8 ）： 477 - 482 .

Wan YH ， Wu W ， Zhang X ， et al . Effect of chronic sleep deprivation on α7-nAChR in mouse hippocampal glial cells ［J］. Chin J Nerv Mental Dis ， 2019 ， 45 （ 8 ）： 477 - 482 .

浏览量

437

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

紫云英苷诱导自噬减轻APP/PS1转基因小鼠皮质内神经元损伤及老年斑沉积