Alzheimers Dement︱南京大学徐运课题组揭示衰老相关认知衰退分子机制

【经环路主题系列】技能培训班，详见文末

撰文︱陈江，张智

责编︱王思珍

认知衰退是衰老的典型特征。大部分人都会经历非病理性的大脑衰老或认知老化，对生活质量和社交活动造成不利影响；一些人会发展成病理性认知损伤，例如痴呆，甚至是阿尔兹海默病（AD）。无论是非病理性或者病理性的状况，年龄相关的认知衰退都可以联系到大脑的分子特性和形态学改变。

孤儿核受体4A家族（Nr4a）包括3个即刻早期基因——Nr4a1、Nr4a2和Nr4a3，其表达量在学习行为后迅速增加，参与记忆形成[1]。早前研究表明Nr4a在长时程增强（LTP）后期，即突触蛋白合成阶段起重要作用[2]。认知功能损伤的老年大鼠中，学习活动不能介导海马Nr4a1和Nr4a2表达增加[3]，提示Nr4a调控可能参与老年认知功能维持。Nr4a与认知老化的关联性和内在调控机制有待深入探讨。

近日，南京大学医学院附属鼓楼医院徐运教授团队在国际阿尔茨海默病协会官方杂志 《Alzheimer’s & Dementia》上发表题为“Progressive reduction of nuclear receptor Nr4a1 mediates age-dependent cognitive decline”的研究论文，揭示了外周和中枢中Nr4a1表达量随年龄增加而减少的特性及其与认知衰退的关联性和内在机制。陈江博士、张智博士为论文共同第一作者，徐运教授和朱晓蕾副教授为共同通讯作者。该研究结果显示，人类和小鼠外周血中Nr4a1表达均呈现随年龄增加而减少的特性，且在高龄认知障碍人群中表达尤为低下；Nr4a1在小鼠海马CA1区也呈现年龄相关的衰减，且Nr4a1表达量与认知相关行为学表现呈正相关；而同家族的Nr4a2/3随年龄变化仍维持较稳定的表达，说明Nr4a1在维持认知功能中的特异性作用。海马CA1区锥体神经元条件性敲除Nr4a1损害小鼠认知功能和兴奋性突触传递与可塑性；相反地，在老年鼠海马CA1区锥体神经元中条件性过表达Nr4a1则明显改善认知功能。作者发现直接结合Ntrk2基因启动子并增强表达是Nr4a1参与认知相关功能调控的重要机制。这些研究结果展现了Nr4a1作为年龄相关认知损伤的早期诊断生物学标志物和治疗靶点的潜力。（拓展阅读：徐运课题组研究进展，详见“逻辑神经科学”报道：本文末【特别专栏】）

研究者获取不同年龄段人群外周血单核细胞（PBMC）并检测其中Nr4a的mRNA表达水平（图1）。Nr4a1表现出随年龄增加而衰减的特点（图1A）；在50岁以上人群中，认知障碍组Nr4a1表达量显著低于认知正常组（图1B-C）；PBMC中Nr4a2和Nr4a3表达量在不同年龄段较稳定（图1D-E）。在不同年龄段小鼠PBMC中Nr4a表达量呈现类似趋势（图1F）。

图1. PBMC中Nr4a1表达量随年龄增加而减少

研究者在小鼠海马CA1区锥体神经元中也发现了Nr4a1随年龄增加而表达减少的现象（图2A-C、G-H），且Nr4a1表达量与情景条件恐惧记忆水平呈正相关（图2D-F）；小鼠不同脑区Nr4a2和Nr4a3在各年龄中表达稳定（图2J-M）。这些结果提示在Nr4a家族中，Nr4a1特异地参与年龄相关认知功能变化。研究者通过对已发表的人脑RNA数据库进行分析，也发现人脑海马中NR4A1的mRNA水平与年龄呈负相关。

图2. Nr4a1在海马CA1区富集并随年龄增加而减少

研究者通过向Nr4a1 flox小鼠海马CA1区注射锥体神经元特异表达Cre的AAV，或向老年小鼠海马CA1区注射锥体神经元特异表达Nr4a1的AAV，实现Nr4a1条件性敲除或过表达。条件性敲除Nr4a1损伤小鼠短期工作记忆和情景条件恐惧记忆（图3A-J），并减弱兴奋性突触传递和LTP（图4）；Nr4a1条件性过表达的老年小鼠则呈现认知功能的增强（图3K-Q）。

图3. 海马CA1区锥体神经元条件性敲除或过表达Nr4a1可调节小鼠认知功能

图4. 单细胞敲除海马CA1区锥体神经元Nr4a1损伤兴奋性突触传递和可塑性

CUT&Tag结果显示Nr4a1与一系列突触功能相关基因座转录起始位点结合，而Ntrk2是其中多个突触相关信号通路共同涉及的基因（图5）。Ntrk2基因编码BDNF受体TrkB，对突触功能至关重要[4]。ChIP和荧光素酶报告基因实验均表明Nr4a1直接结合Ntrk2启动子并可增强其表达（图5D-H）；Nr4a1敲除小鼠海马CA1组织中TrkB及下游功能分子蛋白表达量显著减少（图5I-K），而条件性过表达Nr4a1老年小鼠的CA1组织中这些蛋白的表达量则显著增加（图5O-P）。此外，药物抑制TrkB（抑制剂ANA12）可以逆转条件性过表达Nr4a1对老年小鼠认知功能的增强作用（图5L-R）。这些结果说明Nr4a1作为转录增强因子直接调控TrkB表达而参与认知功能维持。

图5. Nr4a1直接结合Ntrk2启动子并增强其表达

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，Nr4a1是衰老过程中维持正常认知功能的重要因素，其功能至少部分是通过结合于Ntrk2启动子区域并正向调控其表达而实现的。对这些发现提示Nr4a1可作为年龄相关认知损伤早期诊断和治疗的潜在分子靶点。诚然，Nr4a1直接结合的其他基因座也可能参与认知功能调控，这些基因表达模式和认知调控机制有待探讨。另外，衰老过程中Nr4a1自身表达调控的机制也是未来的研究方向。

原文链接：https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/alz.13819

通讯作者：徐运教授

（照片提供自：徐运教授团队）

通讯作者简介：徐运，南京大学鼓楼医院神经科主任，主任医师，教授、博导。国家首席科学家，国务院政府特殊津贴专家。中国杰出神经内科医师，江苏省优秀医学领军人才等。国家和省临床重点专科、省神经病学重点学科主任、省脑血管病诊疗中心主任，省神经内科质控中心和脑卒中质控中心主任等。曾在德国海德堡大学、美国霍普金斯大学留学。现任中华医学会神经病学分会副主任委员，中华预防学会预防与控制专业委员会副主任委员，中国医师协会神经内科医师分会副会长，江苏省卒中学会理事长等，Neuroscience Bulletin、《国际脑血管病杂志》等副主编，Advanced Neurology主编等。主持国家、省部级重点科研项目30多项。其中科技部脑科学重大项目1项，国自然重点项目和重大国合4项。发表论文370余篇，第一和通讯SCI文章240篇，H因子 52。（PNAS，Advanced science，Stroke，Genome Medicine，Brain Behav Immun，Mol Endocrinol，JCBFM，Aging Cell，J Neuroinflammation等），发明专利10项。入选2020、2021、2022和2023年“中国高被引学者”。主编和参编论著12部，主编研究生教材1部，副主编和参编“五年制”、“八年制”教材4部。获省部级科技1、2等奖5项。

特别专栏：徐运课题组进展报道

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扫码添加微信，并备注：逻辑-文献-姓名-单位-研究领域-学位/职称（注：不按要求格式备注，则不通过好友申请）参考文献 1. von Hertzen LS, Giese KP. Memory reconsolidation engages only a subset of immediate-early genes induced during consolidation. J Neurosci. 2005;25(8):1935-42.2. Bridi MS, Abel T. The NR4A orphan nuclear receptors mediate transcription-dependent hippocampal synaptic plasticity. Neurobiol Learn Mem. 2013;105:151-8.3. Kwapis JL, Alaghband Y, Lopez AJ, Long JM, Li X, Shu G, et al. HDAC3-Mediated Repression of the Nr4a Family Contributes to Age-Related Impairments in Long-Term Memory. J Neurosci. 2019;39(25):4999-5009.4. Minichiello L. TrkB signalling pathways in LTP and learning. Nat Rev Neurosci. 2009;10(12):850-60
编辑︱王思珍
本文完