阿尔兹海默症俗称老年痴呆症，其主要病理改变是海马和皮质的神经元发生进行性死亡。研究发现，AD患者脑中Aβ单体聚集形成一类可溶性低聚物——AβOs，进一步研究发现给予不同规模的AβOs能够模拟疾病的主要表型，如神经元丢失、钙稳态失调、突触丢失等。
另一方面，虽然AD的确切发病机制尚未明确，但线粒体稳态被破坏被认为与AD的发生发展密切相关。早在2010年，就有文献报道了线粒体钙超载与功能障碍可能是AD发病的主要原因之一；随后几年报道了线粒体分裂融合蛋白在AD海马中的表达情况；近两年来，研究人员们开始探究线粒体生物发生与AD之间的关系。
沉默信息调节因子SIRT1是一种依赖NAD+的组蛋白去乙酰化酶，它通过去乙酰化上调PGC-1α，而后者激活线粒体生物发生。已有报道显示，在AD动物模型中，PGC-1α-NRF-TFAM通路下调，SIRT1活性降低。
基于以上背景，来自智利的研究人员评估了AβOs对PGC-1α/SIRT1信号通路以及线粒体生物发生的影响，以及它如何影响神经元和突触的功能。
1，AβOs诱导PC-12细胞线粒体分裂/融合蛋白失衡
实验人员首先通过使用透射电子显微镜和银染实验确定了Aβ1-40的可溶性低聚物（AβOs）主要为低分子量结构，同时这些AβOs显示出了与线粒体解偶联剂FCCP相似的细胞毒效应。
图1：AβOs的特征
在进行了AβOs的鉴定后，进一步进行体外实验检测了急性AβOs处理（1-2h）和慢性AβOs处理（24h）条件下线粒体融合蛋白MFN1和线粒体分裂蛋白DRP1的表达情况。Western blot和免疫荧光实验结果都显示，急性暴露于AβOs诱导激活了线粒体分裂，这一过程可以将有缺陷的线粒体从整体中分离出来；但是长时间的暴露于AβOs中未见线粒体分裂和融合蛋白平衡的改变，这说明AβOs可影响线粒体的稳态，最终导致细胞死亡。
图2：急性AβOs处理下线粒体动力学蛋白水平变化
2，AβOs诱导线粒体网络形态改变
研究人员使用共聚焦显微镜标记TOM20检查不同处理条件下线粒体大小和分布的变化，结果显示，急慢性AβOs处理后线粒体变小且群体呈颗粒状。
图3：急/慢性AβOs处理后线粒体网络的变化
随后的实验结果显示，慢性AβOs处理导致了海马神经元中小体积线粒体数的增加。
3，AβOs诱导线粒体生物发生蛋白表达水平改变
在生理和病理条件下，神经元通过激活线粒体生物发生来维持线粒体稳态以保护自己。基于此，研究人员猜测AβOs的细胞毒效应可能与线粒体生物发生障碍相关。通过western blot实验检测了不同处理条件下线粒体生物发生关键蛋白PGC-1α和SIRT1的表达水平，结果显示，急慢性AβOs处理条件下，胞内PGC-1α和SIRT1表达均显著下降。
同时有趣的是，暴露于AβOs 24小时后，PGC-1α的N/C（细胞核/细胞质）比明显低于对照组，但在这方面SIRT1并没有明显变化。
图4：AβOs处理后PC-12细胞中PGC-1α和SIRT1的免疫细胞化学相关结果
随后的实验在海马神经元上进行了同样的处理与检测，实验结果提示了经过AβOs处理后PGC-1α在细胞核中不可以再用来支持线粒体生物发生，而在这一过程中SIRT1并没有发挥主要作用。
但是由于PGC-1α和SIRT1之间的相互作用是线粒体生物发生的基础，因此实验人员继续研究了细胞质中PGC-1α的积累是否与SIRT1的改变相关。免疫共沉淀等结果显示，p-47位磷酸化导致SIRT1结构改变，阻止其移位到细胞核执行其功能，包括去乙酰化PGC-1α和激活线粒体生物发生。
图5：AβOs处理后PC-12细胞和海马神经元中p-SIRT1的分布
4，总结
已有的报道证实了AD的发病机制可能与线粒体功能障碍密切相关，而在生理病理条件下，线粒体可以通过线粒体生物发生维持线粒体稳态，因此研究人员把目光锚定在PGC-1α上，它可以通过与多个转录因子的相互作用来调节线粒体生物发生并维持线粒体蛋白水平。
在本项研究中，研究人员描述了AD疾病模型中SIRT1/PGC1-α信号通路的改变及其对线粒体蛋白和线粒体网络形态的改变，这为AD的治疗提供了一条可能的新途径，并为进一步研究此通路开辟了新的研究空间。
参考文献：
Panes JD, Godoy PA, Silva-Grecchi T, CelisMT, Ramirez-Molina O, Gavilan J, Muoz-Montecino C, Castro PA, Moraga-Cid G, Yevenes GE, Guzma n L , Salisbury JL, Trushina E and Fuentealba J (2020)Changes in PGC‐1a/SIRT1 Signaling Impact on Mitochondrial Homeostasis inAmyloid-Beta Peptide Toxicity Model. Front. Pharmacol. 11:709. doi: 10.3389/fphar.2020.00709
编译作者：十级胖胖 (Brainnews创作团队)
校审： Simon (Brainnews编辑部)
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