有氧运动联合FK866改善具有NAMPT异常的APP/PS1小鼠的阿尔茨海默病样病理

《Frontiers in Immunology》：Aerobic exercise combined with FK866 ameliorates Alzheimer’s disease-like pathology in APP/PS1 mice with NAMPT abnormality

　　

烟酰胺磷酸核糖转移酶(NAMPT)是NAD⁺补救途径的限速酶，已成为连接代谢稳态与神经炎症反应的重要调节节点。然而，尽管药理学抑制NAMPT可能减轻炎症激活，但也可能降低细胞内NAD⁺可用性，从而加剧线粒体功能障碍和能量代谢紊乱。在此，研究人员发现，6月龄APP/PS1小鼠大脑中NAMPT表现出异常的细胞类型特异性分布，其特征为神经元NAMPT减少和小胶质细胞NAMPT增加。这种异常伴随着NAD⁺稳态破坏、显著的神经炎症激活、线粒体结构和功能损伤、β-淀粉样蛋白(Aβ)负荷增加以及学习和记忆能力受损。单独使用FK866（每次注射1 mg/kg，隔日一次，持续12周）效果有限，不足以改善整体病理表型。相比之下，为期12周的有氧跑步机运动方案显著改善了APP/PS1小鼠的认知障碍，减轻了Aβ病理，抑制了神经炎症，并改善了线粒体完整性和生物能量功能。更重要的是，在NAMPT抑制条件下，运动仍能保持海马NAD⁺稳态并维持显著的神经保护作用。与单独运动相比，运动与FK866联合干预进一步改善了与Aβ病理、神经炎症、氧化应激和线粒体损伤相关的部分指标。这些额外效应可能与通过NMNAT3途径增加NAD⁺生物合成，以及通过抑制CD38和PARP1表达减少NAD⁺消耗和神经炎症激活有关。

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种常见神经退行性疾病，以β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块沉积和学习记忆能力进行性下降为主要特征。既往研究表明，AD病理伴随持续性神经炎症激活和能量代谢障碍。烟酰胺磷酸核糖转移酶(NAMPT)作为NAD⁺补救途径的限速酶，在维持NAD⁺稳态中发挥关键作用，并连接代谢稳态与神经炎症反应。然而，药理学抑制NAMPT虽然可能减轻炎症激活，但也会降低细胞内NAD⁺可用性，加剧线粒体功能障碍和能量代谢紊乱。因此，如何在利用NAMPT抑制的抗炎潜力的同时，避免其代谢副作用，成为亟待解决的问题。长期规律的有氧运动作为一种全身性生理干预，不仅能抑制促炎细胞因子表达，还能通过调节NAD⁺代谢酶维持代谢稳态。基于此，研究人员开展本研究，旨在探究运动联合NAMPT特异性抑制剂FK866对APP/PS1小鼠认知功能、海马Aβ病理、神经炎症、线粒体功能和NAD⁺代谢的影响。研究结果发表在《Frontiers in Immunology》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：从南京Aniphe Biolaboratory Inc.获取雄性APPswe/PS1dE9(APP/PS1)双转基因小鼠及非转基因C57BL/6野生型(WT)小鼠。通过Morris水迷宫(MWM)测试评估学习记忆能力；利用免疫组织化学和免疫荧光染色检测Aβ斑块负荷、小胶质细胞激活标志物离子钙结合衔接分子1(Iba-1)及NAMPT的细胞类型分布；采用透射电子显微镜(TEM)观察海马CA1区线粒体超微结构；使用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测Aβ₄₀、Aβ₄₂、炎症因子(IL-6、TNF-α、IL-1β、IL-10)、线粒体复合体I/IV活性、ATP、H₂O₂及NAD⁺/NADH水平；通过Western blot检测NAD⁺代谢相关蛋白(NMNAT1、NMNAT2、NMNAT3、PARP1、CD38)表达；采用实时定量PCR(qPCR)评估线粒体DNA与核DNA比值(mtDNA/nDNA)。

研究结果如下：
**3.1 APP/PS1小鼠海马中NAMPT的异常细胞类型特异性分布伴随NAD⁺代谢失衡**：通过免疫荧光共定位发现，与WT组相比，APP/PS1小鼠海马中NAMPT与神经元标志物NeuN的共定位显著减少，而与Iba-1的共定位显著增加，提示NAMPT向炎症相关细胞倾斜分布。ELISA结果显示海马NAD⁺水平及NAD⁺/NADH比值降低，NADH水平无显著变化。Western blot显示NMNAT3表达降低，而NAD⁺消耗酶PARP1和CD38表达升高，表明NAD⁺代谢失衡。
**3.2 APP/PS1小鼠海马表现出显著的神经炎症激活和线粒体结构功能损伤**：免疫荧光显示Iba-1免疫反应性增强，小胶质细胞呈激活形态。ELISA显示促炎细胞因子IL-6、TNF-α、IL-1β升高，抗炎细胞因子IL-10降低。TEM观察到线粒体肿胀、嵴断裂或模糊、空泡样改变，受损线粒体比例增加。同时ATP水平、复合体I和IV活性降低，H₂O₂水平升高，mtDNA/nDNA比值降低。
**3.3 运动联合FK866改善APP/PS1小鼠认知障碍并减轻Aβ病理**：MWM测试显示，与AD-盐水组相比，运动组(AD-EXE-盐水)逃避潜伏期缩短，平台穿越次数和目标象限停留时间增加，联合组(AD-EXE-FK866)同样改善，而单独FK866组(AD-FK866)无显著改善。免疫组化和ELISA显示，运动组海马Aβ斑块负荷、Aβ₄₀和Aβ₄₂水平降低，联合组Aβ₄₀和Aβ₄₂水平进一步低于单独运动组。
**3.4 运动联合FK866抑制APP/PS1小鼠海马神经炎症反应并改善线粒体功能障碍**：免疫荧光显示运动组及联合组Iba-1免疫反应性降低。ELISA显示运动组IL-6、TNF-α、IL-1β降低，IL-10升高，联合组IL-6进一步降低、IL-10进一步升高。TEM显示运动组线粒体损伤减轻，联合组受损线粒体比例低于单独运动组。ELISA显示运动组mtDNA/nDNA比值、复合体I和IV活性、ATP水平升高，H₂O₂降低，联合组H₂O₂水平进一步降低。
**3.5 运动联合FK866重塑APP/PS1小鼠海马NAD⁺代谢环境**：免疫荧光显示运动组及联合组NAMPT与NeuN共定位增加，NAD⁺水平及NAD⁺/NADH比值升高。Western blot显示运动组NMNAT3表达升高，PARP1和CD38表达降低，联合组NMNAT3进一步升高，PARP1和CD38进一步降低。相关性分析显示PARP1和CD38与NAD⁺水平负相关，与IL-6水平正相关。

讨论部分总结：本研究表明，APP/PS1小鼠表现出NAMPT的异常细胞类型特异性分布和NAD⁺代谢稳态破坏，伴随神经炎症和线粒体功能障碍。有氧运动显著改善AD样病理变化，而单独FK866效果有限。更重要的是，运动联合FK866干预仍显示出保护作用，并在部分指标上优于单独运动。这些额外效应可能与通过NMNAT3途径增加NAD⁺生物合成，以及通过抑制CD38和PARP1表达减少NAD⁺消耗和神经炎症激活有关。研究结论部分翻译如下：本研究鉴定出NAMPT的异常细胞类型特异性分布是APP/PS1小鼠海马NAD⁺代谢稳态破坏的特征之一，伴随显著的神经炎症激活、线粒体功能障碍、淀粉样蛋白病理和认知障碍。在此病理背景下，有氧运动显著改善了APP/PS1小鼠的AD样病理变化，而单独FK866仅发挥有限效果。重要的是，运动与FK866联合干预同样显示出明确的保护作用，并且在单独运动的基础上，进一步改善了与淀粉样蛋白病理、炎症和氧化应激相关的部分指标。这些发现表明，联合干预的优越效果可能与通过NMNAT3途径增加NAD⁺生物合成，以及通过抑制CD38和PARP1表达减少NAD⁺消耗和神经炎症激活有关。本研究提示，FK866的有益作用可能依赖于相对稳定的NAD⁺代谢背景，当与维持NAD⁺稳态的干预措施联用时，FK866在改善AD相关病理方面展现出更大潜力，从而为通过维持代谢稳态来优化AD中的NAMPT靶向策略提供了实验支持。