文章题目：Heparan sulfate from porcine mucosa promotes amyloid-beta clearance in APP/PS1 mice and alleviates Alzheimer's pathology

发表期刊：Carbohydrate Polymers

影响因子：9.381（2022）

通讯单位：山东大学

DOI：10.1016/j.carbpol.2022.119205       

         阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease, AD）是老年人痴呆的最常见原因，主要以记忆力丧失和认知能力下降为特征。随着世界人口的逐渐老龄化，阿尔茨海默症的患病率正以惊人的速度增长。有研究表明，β-淀粉样蛋白（A-β）寡聚体是引发AD病人突触衰竭和记忆丧失的主要原因^[1,2]。Aβ寡聚体（尤其是Aβ_1-42）的外周清除是一种潜在的AD治疗策略。

        硫酸乙酰肝素（Heparan Sulfated，HS）是一种线性硫酸化糖胺聚糖，其结构上带有负电荷的硫酸基团为蛋白质配体创造结合位点，有研究表明HS蛋白聚糖在Aβ的释放、摄取和错误折叠发挥着不可忽视的作用，有作为AD治疗药物的潜力。

        本文使用市售HS与Aβ_1-42共孵育5天后，TEM和CD结果显示，HS可使Aβ_1-42的螺旋肽链变为平行和无规则卷曲构象并促进Aβ_1-42的聚集。

        APP/PS1双转基因小鼠可表达突变的人类早老素和人鼠淀粉样前蛋白融合体，6-7月龄的AD老年痴呆APP/PS1小鼠脑内会出现淀粉样蛋白沉淀。本文采用的APP/PS1小鼠相较于野生型小鼠的逃逸潜伏期明显增加，越过平台次数显著减少。而HS给药12周后，APP/PS1小鼠的逃逸潜伏期明显缩短，且明显增加了平台穿越次数（图1），表明HS可以改善APP/PS1小鼠的空间记忆缺陷。

图1 HS对APP/PS1小鼠学习记忆障碍的影响。(A) MWM 测试的逃逸潜伏时间 (n = 8)。(B) 穿越平台时间 (n = 8)。(C) MWM 测试第 5 天小鼠的游泳轨迹图像。数据表示为平均值±SEM。*p < 0.05, ****p < 0.0001 与 WT 小鼠相比；#p < 0.05, ####p < 0.0001 与 APP/PS1小鼠相比。 

        APP/PS1小鼠海马体和大脑皮质中的Aβ1-42斑块显著增加，这是AD的显著病理标志，HS给药处理12周后，Aβ1-42斑块数量得到了明显降低，且低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP-1）水平明显上升，其可将脑源性Aβ转运至外周血中。这些结果表明HS可以增强脑源性Aβ外流并抑制脑内淀粉样蛋白斑块的形成。同时，本文发现HS可显著降低APP/PS1小鼠外周血中的Aβ1-42水平，同时抑制晚期糖基化终产物（RAGE）受体在脑内皮中表达，从而抑制Aβ外流。中性粒细胞可吞噬Aβ1-42，HS可增强中性粒细胞的吞噬作用，从而起到减少脑部对Aβ从体循环的摄取并促进其脑外流，降低脑内Aβ1-42水平，从而清除外周Aβ1-42（图2）。

图2 HS对Aβ1-42水平和外周循环中性粒细胞吞噬作用的影响。(A) Aβ1-42 (n = 6) 水平的 ELISA 分析结果。(B) RAGE 水平的 ELISA 分析结果 (n = 6)。(C) 外周血中中性粒细胞比例的血液学分析结果 (n = 6)。(D) 流式细胞仪分析 HS 对 Aβ1-42 和大肠杆菌中性粒细胞吞噬作用的影响 (n = 6)。数据表示为平均值±SEM。*p < 0.05, **p < 0.01 与 WT 小鼠相比；与 APP/PS1 小鼠相比，#p < 0.05，##p < 0.01。

        AD进程中往往会出现神经炎症，而神经炎症又会进一步影响AD进程。小胶质细胞和星形胶质细胞被Aβ寡聚体激活，释放大量的促炎细胞因子和趋化因子（如IL-1β，IL-6、TNF-α等），本文评价了HS给药后APP/PS1小鼠脑部IL-1β，IL-6、TNF-α、MPO、TLR4、Iba-1、GFAP和CD45的水平，结果表明HS可通过抑制APP/PS1小鼠脑内小胶质细胞和星形胶质细胞的活化、降低促炎细胞因子表达水平抑制神经炎症、抑制中性粒细胞的浸润来起到改善APP/PS1小鼠认知缺陷障碍的作用。

        此外，HS还可逆转APP/PS1小鼠的海马损伤，减少海马CA1细胞核固缩和细胞水肿，显著增加ChAT活性，保护了神经结构的完整性。Aβ会诱导神经元凋亡，凋亡途径分为外在途径和内在途径，Caspase-9是内源性线粒体凋亡通路的重要组成部分，其会激活Caspase-3从而导致细胞凋亡，HS给药后的APP/PS1小鼠大脑中Caspase-9、Caspase-3和Bax表达显著降低（图3），证明HS可以保护神经元并抑制Aβ诱导的神经元凋亡。

图3 HS对神经结构、功能和神经元凋亡的影响。(A) 海马 CA1 区组织病理学变化的 HE 分析结果 (n = 3, 比例尺, 20 μm)。(B) AChE 和 ChAT 活性的 ELISA 分析结果 (n = 6)。(C) Bax、caspase-3 和 caspase-9 (n = 3) 水平的蛋白质印迹分析结果。数据表示为平均值±SEM。*p < 0.05, ***p < 0.001 与 WT 小鼠相比；与 APP/PS1 小鼠相比，#p < 0.05，##p < 0.01，###p < 0.001。

总结：阿尔茨海默症(AD)是一种以记忆丧失和认知障碍为特征的神经退行性疾病。淀粉样蛋白-β (Aβ)沉积和神经毒性在AD中起重要作用。研究表明，硫酸乙酰肝素(HS)蛋白聚糖在Aβ的释放、摄取和错误折叠中发挥着不可忽视的作用，从而导致发现HS可作为AD的治疗药物。本文发现来自猪粘膜的HS可以促进Aβ纤维化并改善APPswe/PS1ΔE9小鼠的认知缺陷。此外，HS可增强中性粒细胞的吞噬作用以清除外周循环中的Aβ1-42，减少外周Aβ1-42流向大脑并增加Aβ从大脑的流出。因此，大脑中Aβ斑块的沉积减少。此外，HS减轻了中性粒细胞浸润并减少了神经炎症。因此，HS可被认定为是一种很有前途的AD治疗的神经保护候选物。

参考文献：

[1] Hardy, J., & Selkoe, D. J. (2002). The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: Progress and problems on the road to therapeutics. Science, 297, 353–356

[2] Klein, W. L., Krafft, G. A., & Finch, C. E. (2001). Targeting small Aβ oligomers: The solution to an Alzheimer's disease conundrum? Trends in Neurosciences, 24, 219–224.

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861722001096

作者：邵萌

审核：李全才，吕友晶

编辑：邵萌

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