以阿茲海默氏症細胞/小鼠模式探究查爾酮合成衍生物LM-031的多重標的效應
109年10月13日
【本報導由生命科學系 李桂楨教授研究團隊提供提供】 微管相關蛋白Tau於中樞神經系統含量豐富，在微管組合及穩定性上扮演重要的角色。不正常磷酸化Tau形成的神經纖維糾結，是阿茲海默氏症(Alzheimer’s disease)的病理特徵之一。過度磷酸化Tau因構形改變，導致聚集、氧化壓力增加及神經元死亡。本研究以表現人類傾向形成聚集的ΔK280 TauRD-DsRed細胞，檢視甘草查爾酮A (一天然查爾酮)及其五個合成衍生物(LM化合物)抑制Tau蛋白錯誤摺疊、活性氧分子(ROS)捕捉及神經保護的潛能。受檢視的化合物在細胞培養液的溶解度皆可達100 μM，能預測藥物在口服生物利用度及中樞神經系統活性。檢測的化合物中，甘草查爾酮A及LM-031顯著地降低在ΔK280 TauRD-DsRed 293及SH-SY5Y細胞中，Tau蛋白錯誤摺疊及相關的活性氧分子，促進神經突生長，並抑制凋亡蛋白酶3活性。研究探討顯示LM-031在ΔK280 TauRD-DsRed SH-SY5Y細胞中，正向調節HSPB1伴護蛋白、NRF2/NQO1/GCLC路徑及CREB-依存的BDNF/AKT/ERK/BCL2路徑。LM-031可挽救ΔK280 TauRD-DsRed誘導表現後導致的神經突生長降低，而NRF2或CREB的靜默可抵消此作用。除此之外，在鏈脲佐菌素(streptozocin)誘導高血糖的APPSwe、PS1M146V、TauP30IL三基因轉殖阿茲海默症小鼠中，LM-031進一步挽救對NRF2及pCREB的負向調節，降低海馬迴及皮層內Aβ及Tau含量，更改善認知功能的不足。總言之，此研究強有力地指出LM-031的潛能，包括藉增加HSPB1以降低Tau蛋白錯誤摺疊、活化NRF2及CREB路徑、抑制細胞凋零及促進神經突生長，來緩和阿茲海默症進程，提供阿茲海默症新藥開發的選擇。 在台灣約每80人就有1人是失智症，而阿茲海默氏症(Alzheimer’s disease, AD)是最常見的失智症。但除了少數有遺傳基因的患者會在65歲以前發病，大部分致病的原因仍是不明。此疾病最明顯的病理特徵是在腦部堆積的類澱粉斑塊(Aβ蛋白)和神經纖維糾結(Tau蛋白)，因此這兩種蛋白的影響路徑也分別是致病機轉的假說之一。 Tau蛋白是與細胞骨架－微管相關的蛋白，對神經元軸突的穩定是相當重要。在阿茲海默氏症Tau蛋白的假說上，當Tau蛋白被過度磷酸化而影響其蛋白構型，會使其從微管上脫落並進一步在細胞內堆積，這些堆積的Tau蛋白可引發氧化壓力等後續效應，最終使神經元死亡。 甘草查爾酮A是天然的查爾酮類，LM系列化合物則是合成的新穎衍生物，均具有小分子、預測口服生物利用度及中樞神經系統活性佳的特性，因此有潛力可用於中樞神經疾病的治療研究。 本篇研究從表現Tau蛋白(ΔK280 TauRD)的神經細胞株實驗結果發現，甘草查爾酮A及合成衍生物LM-031，除了降低Tau蛋白在細胞中錯誤折疊的堆積，並影響氧化壓力相關的NRF2路徑外，還可透過CREB正向調節腦源性營養因子(BDNF)路徑，來達到促進神經突生長和抑制細胞凋亡。 為了探討LM-031對AD病理特徵和認知損傷的治療作用，本篇研究進一步進行小鼠實驗。許多研究證實在AD的眾多複雜病因中，高血糖也會引起輕度認知障礙和形成老年斑(Senile plaque)，因此本篇利用鏈脲佐菌素(Streptozocin, STZ)在三基因轉殖(3×Tg-AD)小鼠誘發高血糖，來加速其AD相關病徵的產生，藉此評估LM-031對認知功能的治療效果，和確認其在前述細胞實驗中對相關路徑的調控作用。結果發現LM-031不僅可改善3×Tg-AD小鼠的學習和記憶功能，還可上調NRF2和pCREB以及降低海馬迴及皮層內Aβ及Tau含量(如下圖示)。 圖：LM-031對ΔK280 TauRD-DsRed細胞模式及鏈脲佐菌素(STZ)誘導高血糖的APPSwe、PS1M146V、TauP30IL三基因轉殖阿茲海默症小鼠的治療效用。 綜合細胞和小鼠實驗結果，LM-031可上調HSPB1和NRF2路徑來降低氧化壓力，並調控轉錄因子CREB及活化其下游BDNF路徑，從而在ΔK280 TauRD-DsRed細胞中發揮神經保護作用，改善認知功能損傷的高血糖3×Tg-AD小鼠，降低腦中的Aβ和Tau聚集。相對於目前可用的阿茲海默氏症藥物是屬於乙醯膽鹼酶抑制劑和NMDA受體拮抗劑，本篇研究的LM-031可能經由不同的治療路徑策略，具有新穎藥物的開發潛力。 原文出處： Aging Cell 2020; 19(7). doi: 10.1111/acel.13169. PMID: 32496635 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32496635/