Ap1s1下调通过加剧神经元对Aβ和氧化应激的脆弱性在阿尔茨海默病发病机制中的关键作用

　　本研究针对阿尔茨海默病（AD）发病与脑衰老的密切关联，通过生物信息学分析和多模型验证，发现衔接蛋白复合体σ1A亚基（Ap1s1）在衰老和AD过程中表达显著降低。功能实验表明Ap1s1缺失可诱导细胞衰老，并加剧神经元对Aβ和H2O2的敏感性，导致高尔基体分散和存活率下降。蛋白质组学分析提示其机制与rRNA修饰和高尔基体相关囊泡生物发生失调相关。该研究揭示了Ap1s1作为脑衰老与AD关联的关键分子，为延缓AD发生提供了潜在治疗靶点。

　　

随着全球人口老龄化加剧，阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）已成为威胁老年人健康的重大公共卫生问题。这种进行性神经退行性疾病以认知功能逐渐恶化和记忆损伤为主要特征，目前尚无有效的疾病修饰治疗方法。值得注意的是，脑衰老被公认为AD最重要的风险因素，但并非所有老年人都会发展为AD，这表明年龄相关的特定分子调控机制可能在从健康衰老向神经退行性变转变过程中发挥关键作用。

在AD研究领域，一个核心科学问题是：哪些分子机制决定了衰老大脑对AD相关病理刺激的敏感性？虽然全基因组关联研究（GWAS）已发现衰老与AD共享的遗传风险位点，但传统方法难以区分因果性易感因素与继发性年龄相关变化。近年来研究表明，特定基因网络的年龄相关转录失调可能增加神经元对Aβ寡聚体和氧化损伤等AD应激源的脆弱性。识别这些分子调节因子可能通过靶向衰老-AD连续体的上游驱动因素而非下游病理变化，从而改变治疗策略。

在这项发表于《Alzheimer's Research 》的研究中，Yang等人通过综合生物信息学分析和多模型验证，揭示了衔接蛋白复合体1σ1A亚基（Adaptor protein complex 1 sigma 1 subunit, Ap1s1）在脑衰老和AD发病机制中的关键作用。研究人员通过分析来自Gene Expression Omnibus数据库的脑转录组数据集（包括衰老相关数据集GSE53890和GSE1572，以及AD数据集GSE5281），识别出在衰老和AD中共同下调的8个基因。其中Ap1s1在多种痴呆程度不同的小鼠模型（包括衰老小鼠、衰老加速SAMP8小鼠、5xFAD淀粉样变性小鼠）以及细胞模型（包括衰老Neuro-2a细胞、Aβ处理或表达Aβ的N2a神经元）中均验证了其表达降低。

为开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法：通过生物信息学分析筛选差异表达基因；建立自然衰老、SAMP8加速衰老、Aβ_1-42海马立体定位注射和5xFAD转基因等多种小鼠模型；采用Morris水迷宫评估认知功能；通过细胞培养、siRNA转染、SA-β-Gal染色等技术研究细胞衰老表型；运用蛋白质印迹、实时荧光定量PCR、免疫荧光染色分析分子表达；采用数据非依赖采集（DIA）蛋白质组学技术探索机制。

研究结果方面，通过"Target identification and validation in the transition from aging to AD"研究发现，生物信息学分析识别出8个与衰老和AD高度相关的基因，其中Ap1s1在随机森林分析中显示出最高的重要性值。热图分析显示Ap1s1、Htr2a、Vdac1、Nudt21和Ppm1e在AD数据集中下调，而Wwtr1、Pon2和Mt2a上调。

在"Experimental timelines of aging-and AD-related mouse models"部分，研究人员建立了自然衰老C57BL/6小鼠模型（在6、12、18和24月龄进行评估）、SAMP8小鼠加速衰老模型（6月龄终点分析）、Aβ_1-42注射模型（8周龄C57BL/6小鼠注射后14天评估）和5xFAD转基因模型（6月龄分析）的时间线框架。

"MWM experiment in naturally aging mice and validation of key genes"结果显示，自然衰老小鼠在18和24月龄表现出空间记忆能力显著下降，Ap1s1和Vdac1 mRNA水平随年龄增长而降低，特别是在24月龄时Ap1s1表达显著减少。

"Behavioral and molecular characterization of aging and Alzheimer's disease models with validation of eight highly correlated genes"部分表明，SAMP8小鼠显示认知缺陷，只有Ap1s1基因在海马和皮层中表达显著减少。Aβ_1-42注射AD模型和5xFAD转基因小鼠均显示Ap1s1 mRNA和蛋白表达显著降低，证实Ap1s1在衰老和AD进展中作为关键调节因子的作用。

"Ap1s1 decreases upon cellular senescence and Aβ insult in vitro"研究发现，H₂O₂处理诱导细胞衰老标志物（IL-6、p21、p53）表达和β-半乳糖苷酶活性增加，同时降低Ap1s1表达。N2a-APP条件培养基同样降低Ap1s1表达，表明Ap1s1可能是细胞衰老和Aβ损伤的新型风险因子。

"Ap1s1 knockdown induces cellular senescence in vitro"部分显示，Ap1s1 siRNA敲低增加衰老标志物表达和β-半乳糖苷酶活性，但不影响细胞活力，表明Ap1s1抑制可能加速衰老过程而不影响细胞生存。

"Ap1s1 knockdown increases neuronal vulnerability to exogenous stimuli"实验表明，Ap1s1敲低增强细胞对H₂O₂和N2a-APP条件培养基的敏感性，显著降低细胞活力。免疫染色显示Ap1s1沉默后，在H₂O₂或Aβ表达条件下诱导TGN46分散（高尔基体碎片化指示），表明Ap1s1可能作为抵抗外部细胞毒性效应的内部防御机制。

"Proteomic study uncovers Ap1s1 mediated cellular protective mechanism"通过蛋白质组学分析发现，Ap1s1沉默后218个蛋白上调和158个蛋白下调。下调蛋白富集于"高尔基相关囊泡生物发生"和"trans-高尔基网络囊泡出芽"等通路，上调蛋白富集于"核和胞质中rRNA修饰"等通路。蛋白-蛋白相互作用网络识别出三个关键簇：簇1与"核仁和胞质中rRNA加工主要途径"相关；簇2与"AKT1 E17K在癌症中的组成型信号传导"和"癌症中PI3K AKT信号"相关；簇3与"类固醇和胆固醇代谢"相关。

在讨论和结论部分，研究者强调这项研究首次证实Ap1s1在衰老和阿尔茨海默病中均显著下调，且主要表达于神经元，特别是在海马区呈现明显的年龄相关性下降。Ap1s1编码衔接蛋白复合体1（AP-1）的σ1A亚基，是细胞内从trans-高尔基网络（TGN）到内体和溶酶体蛋白质运输的关键介质。Ap1s1下调可能通过破坏蛋白质分选和运输，导致错误定位蛋白质积累和随后的细胞应激通路激活。

研究发现Ap1s1在衰老和AD中的功能丧失具有不同后果：在衰老过程中，Ap1s1表达减少导致神经元衰老和细胞韧性普遍下降；在AD中，Ap1s1下调加剧神经元对氧化应激和淀粉样蛋白-β毒性等特定致病因素的脆弱性。这种差异效应反映了衰老与AD所涉及的不同分子通路。

特别值得注意的是Ap1s1可能存在的阈值效应：生物信息学分析显示Ap1s1表达呈逐步下降，在老年个体中显著低于年轻对照组，在AD患者中进一步降低。体内实验显示Ap1s1蛋白水平在24月龄自然衰老小鼠中明显下降，与轻度认知缺陷出现时间吻合；在6月龄SAMP8加速衰老模型和Aβ驱动模型中，Ap1s1抑制在AD特异性病理下进一步加剧。体外实验表明Ap1s1敲低本身不影响基线活力，但显著增加细胞对氧化应激和Aβ毒性的敏感性。

蛋白质组学机制研究表明，Ap1s1功能位于高尔基体稳态、RNA加工和胆固醇相关应激通路的交叉点。其年龄依赖性下降破坏了rRNA成熟，激活p53介导的衰老，并放大神经元对氧化和Aβ诱导毒性的脆弱性。这些效应在Ap1s1表达低于临界阈值时变得功能显著——足以维持基础稳态，但不足以缓冲对抗病理损伤。

该研究的重要意义在于确定了Ap1s1作为衰老向AD转变的新型易感基因，通过其在神经元中的特异性下调（特别是在海马区），Ap1s1失调驱动早期亚细胞 disruption（如高尔基体碎片化），这可能有助于AD发病机制的微环境失衡。鉴于Ap1s1在加剧神经元对AD特异性病理的脆弱性中的作用，Ap1s1代表了一个有希望的早期干预靶点。通过生物标志物早期识别Ap1s1水平可能使临床医生能够检测有AD风险的个体，特别是那些处于临床前或轻度认知障碍阶段的个体，以便及时干预。将Ap1s1水平维持在临界阈值以上对于保护神经元免受Aβ毒性和氧化应激等AD相关应激源的影响至关重要。调节Ap1s1表达的治疗策略，特别是在海马等易感神经元群体中，可能会增强神经元韧性并预防神经退行性变。

总之，这项研究确定了Ap1s1作为连接衰老和阿尔茨海默病的关键基因。Ap1s1表达减少不仅诱导神经元衰老，而且增强神经元对氧化应激和Aβ毒性的敏感性。这种增加的脆弱性表现为高尔基体碎片化和神经元存活率降低，与rRNA修饰和高尔基体相关囊泡生物发生紊乱相关。Ap1s1的下降可能因此驱动神经元从正常衰老向AD病理转变。 consequently，Ap1s1代表了一个有前景的治疗靶点，用于预防衰老相关认知衰退和延迟AD发作。