瑞金新知速递 第604期|孙苏亚研究员发现miR-339-5p/neuronatin介导早老素1突变小鼠早期神经元钙稳态失衡机制

2022年4月，孙苏亚研究员在《Journal of Clinical Investigation》杂志在线发表题名为"Aberrant miR-339-5p/neuronatin signaling causes prodromal neuronal calcium dyshomeostasis in mutant presenilin mice.”——miR-339-5p/neuronatin信号通路异常介导早老素1突变小鼠的早期神经元钙稳态失衡机制的研究论文。

神经内科孙苏亚研究员为论文的通讯作者，邹浩玉博士研究生、上海交通大学医学院郭霖博士、张贝博士后为论文的共同第一作者。

doi: 10.1172/JCI149160.

阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease, AD)是最为常见的神经退行性疾病之一，临床上表现为进行性记忆力和认知功能障碍。AD的发病机制与神经元内钙稳态失衡有关。前期研究认为β淀粉样蛋白（Aβ）参与调控细胞内钙离子水平，然而一些无Aβ沉积的AD患者神经元钙失衡的分子机制仍不清楚。该研究中，作者发现了miR-339-5p在早期AD即可出现显著的下调，而且这种改变与Aβ无关。作者进一步利用四个miRNA靶基因数据库预测，并利用免疫印迹方法和荧光报告素酶基因检测技术确认Nnat是其特异性的靶蛋白，并且发现Nnat在8周至24周的AD小鼠皮层组织中均存在特异上调。在AD病人皮层组织中也确认了Nnat的异常上调现象。

突触丢失是早期AD的标志事件之一。作者发现通过在AD神经元中敲减Nnat，能够成功挽救AD神经元中成熟突触的比例，提示Nnat可能参与突触的形成和维持。由于Nnat分子可以定位于神经元的内质网膜上，调控内质网钙稳态，因此Nnat可能通过调控内质网钙离子水平调控神经元的形态和功能。作者利用体外细胞钙成像技术，发现Nnat可以增强内质网上SERCA (sarco/endoplasmic reticulum Ca²⁺-ATPase) 泵功能，导致内质网内钙离子水平显著上升。作者进一步利用钙信号光纤记录技术检测了小鼠在新事物辨别测试中的神经元活性，发现在学习过程中AD小鼠的压后皮层的神经元存在异常的高兴奋现象，而Nnat敲减后可以抑制这种异常放电现象。早期敲减Nnat还可以挽救AD小鼠的认知功能。

该研究证明了miR-339-5p/Nnat通路异常是AD发生发展的重要病理机制，揭示了参与早期AD神经元钙稳态失衡的分子机制，提示Nnat可以作为早期AD诊断和治疗的潜在靶点。

【Abstract】

Mushroom spine loss and calcium dyshomeostasis are early hallmark events of age-related neurodegeneration such as Alzheimer’s disease (AD), which are connected with neuronal hyperactivity in early pathology of cognitive brain areas. However, it remains elusive how these key events are triggered in the molecular level for the neuronal abnormality occurred from the initial stage of disease. Here we identify downregulated miR-339-5p and its upregulated target protein, neuronatin (Nnat), in the cortex neurons from the presenilin-1 M146V knockin (PSEN1-M146V KI) mouse model of familial AD (FAD). Inhibition of miR-339-5p or overexpression of Nnat recapitulates spine loss and endoplasmic reticulum calcium overload in cortical neurons with PSEN1 mutation. Conversely, overexpression of miR-339-5p or knockdown Nnat restores the spine morphogenesis and calcium homeostasis. We further demonstrate that PSEN1 mutant causes defective habituation in neuronal reaction with fiber photometry recording during object cognitive process in retrosplenial cortex and this can be rescued by restoring miR-339-5p/Nnat pathway. Our findings thus reveal crucial roles of miR-339-5p/Nnat pathway in FAD that may serve as potential diagnostic and therapeutic targets for early pathogenesis.

【中文摘要】

成熟树突棘的丢失和钙稳态失衡是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)早期标志性事件。研究认为与早期AD神经元过度活跃有关。然而，对于触发神经元活性异常的分子机制仍然不清楚。本研究中，我们发现在AD 患者和家族性阿尔茨海默病(familial Alzheimer’s disease, FAD)的模型小鼠的神经元中，miR-339-5p 异常下调，其靶蛋白Neuronatin (Nnat)上调。体内体外结果发现抑制miR-339-5p 或过表达Nnat 均可导致小鼠皮层神经元的树突棘缺失和内质网钙超载。相反，过表达miR-339-5p或敲低Nnat可恢复AD小鼠(PSEN1-M146V KI)树突棘形态和钙稳态。我们进一步利用体内钙成像，在KI 小鼠的压后皮质(retrosplenial cortx, RSC)观察到，在物体认知过程中，其神经元保持异常的高兴奋性。而这现象可以通过恢复miR-339-5p/Nnat通路来挽救。因此，我们的研究结果揭示了miR-339-5p/Nnat通路在早期AD中的关键作用，为该疾病早期阶段提供了潜在的诊断和治疗靶点。

作者简介

孙苏亚  研究员，博士生导师，上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科，中国老年医学学会基础与转化医学分会委员，中国神经科学学会神经退行性疾病分会委员；研究方向：钙离子信号和神经退行性疾病。

邹浩玉  硕士研究生，上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科；研究方向：早期阿尔兹海默症的分子病理机制。

张贝  博士后，上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科；研究方向：早期阿尔兹海默症的分子病理机制。