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阿尔茨海默氏病(Alzheimers disease,AD)是一种中老年常见的中枢神经系统退行性疾病,有三大病理特征:淀粉样蛋白沉积、神经纤维缠结和神经元大量丢失。β淀粉样蛋白(β amyloid protein,Aβ)的沉淀是AD的重要病理学标志,Aβ可能通过激活细胞自身基因程序性表达,引发神经元凋亡,从而促进AD的病理进程。近年研究表明,弱激光(Low-power laser irradiation,LPLI)可以延缓Aβ引发的神经细胞炎症和死亡,具有缓解AD病理进程的作用,但关于其内在机制还研究的不清楚。以前的报道表明,GSK3β对AD发病的过程的调节也是非常重要的。在Aβ诱导细胞凋亡过程中,GSK3β可以被激活,激活的GSK3β一方面可以使β-catenin磷酸化而导致其降解,另一方面可导致tau蛋白的高度磷酸化。β-catenin是经典Wnt信号通路中一个很重要的蛋白因子,可入核与Tcf/Lef结合促进下游基因的转录,发挥促增殖、促神经发生、抗凋亡等作用。Aβ激活的GSK3β对β-catenin降解的促进可导致细胞的凋亡,进而加快AD的病理进程。tau蛋白是一种微管结合蛋白,Aβ通过激活GSK3β导致tau蛋白的高度磷酸化,可促进胞内神经纤维缠结(NFT)的形成,进而加速了细胞的凋亡,促进了AD的发生。这些结果通过AD小鼠模型和AD病人等在体实验得到了进一步证明。因此,GSK3β可作为一个很重要的AD治疗靶点。
LPLI能调节诸多生理过程。它已经被广泛应用于再生缺陷疾病的治疗和促进伤口的愈合。然而弱激光调节生理过程的分子机制仍未研究清楚。我们以前的研究表明,LPLI能引起Src、PKC和Akt等的激活。基于以上研究结果,我们推测LPLI活化的Akt可否与GSK3β这一重要的AD治疗靶点直接相互作用磷酸化其Ser9位,导致GSK3β的活性下降,进而解除了其对β-catenin降解的促进和对tau蛋白的高度磷酸化,使β-catenin可以入核发挥抗凋亡功能,并且胞内神经纤维缠结的形成得到抑制,从而延缓了Aβ诱导的细胞凋亡。如果假设成立,将为LPLI延缓AD的病理进程提供强有力的理论支持。
首先,流式统计数据显示LPLI确实可以延缓Aβ诱导的细胞凋亡。为了进一步研究其内在机制,我们通过共聚焦实时监测(real-time single-cell analysis)技术和western blot技术发现,Aβ可以诱导GSK3β的激活,而LPLI可以抑制这一过程。进一步的研究表明即使在Aβ存在的情况下LPLI可以激活Akt并增加其与GSK3β的相互作用而抑制后者活性,从而延缓Aβ诱导的细胞凋亡。另外,在Aβ存在的情况下,LPLI可以促进β-catenin的核转位并增加其Tcf/Lef依赖性的转录活性,从而促进细胞的存活。
综上所述,我们的研究进一步证实了LPLI可以延缓Aβ诱导的细胞凋亡,同时我们的研究表明LPLI可以通过Akt/GSK3β/β-catenin信号通路延缓Aβ诱导的细胞凋亡。这就为LPLI作为一种可能的AD治疗手段提供了更强大的理论基础。