年龄依赖性Nr4a1上调通过抑制PI3K/AKT/GSK3β通路介导tau蛋白过度磷酸化与认知功能障碍的机制研究

阿尔茨海默病(AD)和衰老过程中tau蛋白异常磷酸化的分子机制尚不明确。中国科学院研究人员发现核受体Nr4a1在AD患者和衰老小鼠海马区表达升高，通过抑制PI3K/AKT/GSK-3β信号通路导致tau蛋白过度磷酸化，使用AKT302-312竞争性多肽阻断Nr4a1-AKT相互作用可逆转病理表型，为衰老相关认知障碍提供了新治疗靶点。

　　

随着全球老龄化加剧，阿尔茨海默病(AD)已成为威胁老年人健康的重大疾病。AD的典型病理特征包括神经元内tau蛋白异常磷酸化形成的神经原纤维缠结(NFTs)和细胞外β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积。值得注意的是，tau蛋白过度磷酸化现象不仅存在于AD患者脑内，在正常衰老过程中也普遍存在，但其分子机制尚未阐明。核受体亚家族4A组成员1(Nr4a1)作为早期应答基因，在神经退行性疾病中扮演重要角色，既往研究发现其在AD患者脑组织中表达升高，但其在衰老相关tau病理中的作用机制仍待揭示。

中国科学院的研究团队在《Journal of Advanced Research》发表重要成果，通过整合生物信息学分析、分子生物学技术和行为学评估，系统揭示了Nr4a1在衰老相关tau病理中的关键作用。研究人员首先利用GEO数据库分析AD患者脑组织数据，随后通过SAMP8加速衰老小鼠模型和原代神经元实验，结合AAV病毒介导的基因操作和AKT302-312竞争性多肽干预，发现年龄依赖性Nr4a1上调通过双重机制抑制PI3K/AKT/GSK-3β信号通路：既降低PI3K蛋白水平，又通过与AKT催化结构域(307-309位氨基酸)结合抑制其活性，最终导致tau蛋白过度磷酸化和认知功能障碍。

关键技术方法包括：1) GEO数据库挖掘分析AD患者脑组织Nr4a1表达；2) AAV病毒介导海马区Nr4a1过表达/敲低；3) STP诱导的原代神经元衰老模型；4) 分子对接预测Nr4a1-AKT相互作用位点；5) 竞争性多肽AKT302-312阻断实验；6) Morris水迷宫等行为学测试评估认知功能。

研究结果显示：

1. "Nr4a1在AD患者和衰老小鼠海马区升高，伴随tau过度磷酸化"：生物信息学分析发现AD患者海马区Nr4a1转录水平显著上调，且与疾病严重程度和年龄呈正相关。在17月龄C57BL/6小鼠和SAMP8衰老加速模型中，Nr4a1蛋白水平随年龄增长而升高，与tau磷酸化标志物AT8表达呈显著正相关。

2. "STP诱导的tau过度磷酸化由Nr4a1介导"：0.1μM STP处理可成功诱导原代神经元衰老表型，伴随Nr4a1和AT8表达上调。shRNA敲低Nr4a1可逆转STP诱导的tau磷酸化，而AAV介导的Nr4a1过表达则直接导致tau在Ser202/Thr205和Ser396位点的磷酸化增加。

3. "Nr4a1过表达诱导野生型小鼠tau过度磷酸化、突触损伤和认知障碍"：海马区注射AAV-Nr4a1使SAMR1小鼠出现空间学习和物体识别记忆缺陷，伴随树突棘密度减少和突触蛋白PSD95表达下降。免疫印迹显示tau在多个磷酸化位点(Ser202/Thr205、Ser396等)表达增加。

4. "小鼠海马区RNA测序揭示Nr4a1过表达和衰老小鼠中PI3K/AKT信号异常"：转录组分析发现PI3K/AKT信号通路在Nr4a1过表达和衰老小鼠海马区均显著下调。蛋白水平验证显示PI3K、p-AKT(Thr308/Ser473)和p-GSK-3β(Ser9)表达降低。

5. "敲低Nr4a1挽救STP诱导的PI3K/AKT通路抑制和神经退行性变"：lenti-shNr4a1处理可恢复STP诱导的PI3K/AKT信号抑制，改善树突棘形态异常，增加树突长度和密度。

6. "阻断Nr4a1-AKT相互作用逆转Nr4a1诱导的tau过度磷酸化"：分子对接预测Nr4a1与AKT催化区(307-309aa)结合。合成的AKT302-312多肽能有效阻断两者相互作用，恢复AKT磷酸化和GSK-3β活性，减轻tau病理。

7. "敲低Nr4a1减轻衰老加速模型小鼠的tau过度磷酸化、突触缺陷和认知障碍"：SAMP8小鼠海马区注射AAV-shNr4a1后，空间记忆和物体识别能力改善，tau磷酸化水平降低，PI3K/AKT通路活性恢复。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次阐明年龄依赖性Nr4a1上调通过"双重打击"机制损害PI3K/AKT/GSK-3β通路：既转录抑制PI3K表达，又通过蛋白互作直接抑制AKT活性。这一发现为理解衰老相关认知衰退的分子机制提供了新视角。特别值得注意的是，设计的AKT302-312竞争性多肽能特异性阻断Nr4a1-AKT相互作用而不影响Nr4a1与其他蛋白(如p38-MAPK)的结合，为开发靶向干预策略奠定了理论基础。研究也存在一定局限性，如尚未明确Nr4a1调控PI3K转录的具体机制，且AKT302-312多肽的体内长期效果有待进一步验证。这些发现不仅深化了对tau病理机制的认识，也为开发针对衰老相关认知障碍的精准治疗策略提供了新思路。