阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease,AD)是一种破坏性的神经退行性疾病,折磨着全球数百万的患者。越来越多的生物化学和遗传学证据显示淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)在AD的发病机制中奠定了举足轻重的作用。生物化学上,不断积累的APP加工产物β-淀粉样肽(beta-amyloid peptide,Aβ)形成不可溶性聚集物,它是AD独特的病理特征;遗传学上,无论是APP点突变,还是野生型APP基因重复往往都会提高Aβ生成,这些都与一部分早发性家族型AD(familial AD,FAD)和脑淀粉样血管病息息相关。APP是Ⅰ型跨膜蛋白质,它类似于一种细胞表面受体,并包含一个大的胞外N端结构域和一个短的胞质尾。β-和γ-分泌酶依次切割APP并释放出神经毒性的Aβ,相反,α-分泌酶却从Aβ中间切割阻止其产生。此外,翔实的证据表明改变APP的分泌和内吞转运途径直接影响到APP自身与这些分泌酶的相互作用以及Aβ产生。虽然APP生成Aβ被广泛的研究,但是APP N端结构域贡献于Aβ产生的问题仍然难以捉摸。利用系统性删除策略,我们已经鉴定出四种新的候选APP模体,它们可以调节APP自身加工和Aβ生成。(1)删除APP ACIDIC结构域不仅促进α-分泌酶加工APP,而且同时抑制β-分泌酶BACE1对其加工,并产生较少的胞外Aβ和胞内 iAβ(intracellular Aβ,iAβ);(2)删除 APP CAPPD 结构域能提升 BACE1 和 α-分泌酶加工APP,且伴随着Aβ和iAβ的增加。它似乎是由于缺乏APP CAPPD能增强其与BACE1的作用。与此相反,仅删除CAPPD结构域的α3螺旋将极大的减弱BACE1和α-分泌酶加工APP;(3)剔除RC结构域后,APP与BACE1的作用得到强化,并进一步提高了 BACE1和α-分泌酶对其加工。缺少RC结构域的APP加工呈现两种不同的效应,一方面增加Aβ,而另一方面却减少iAβ;(4)去除APP JMD结构域不仅抑制BACE1处理APP,而且促进非BACE1依赖性的β-分泌酶加工APP。另外,非BACE1依赖性的β-分泌酶切割APP位点在Aβ的N端之外,大概位于APPRC结构域内。正因为如此,所以能产生N端延长的长形式Aβ。这样的切割位点大概有三个,并可以被APPJMD结构域所调节。接着我们试图描绘APP N端嵌合体的转运路线。我们构建了一系列的限定APP于某特定亚细胞器加工的转运突变体。实验结果揭示分泌和内吞途径的缺陷将会削弱Aβ和iAβ的产生,而且iAβ的生成并不依赖内吞体途径。因此,我们利用iAβ作为APP亚细胞定位的指标。根据iAβ变化水平,删除APP ACIDIC或者RC结构域将阻止APP退出TGN,而删除CAPPD结构域会促进APP向内吞体定位。此外,我们还将APP整个胞外N端结构域替换成红色荧光蛋白质mCherry,并且在APP胞质尾添加增强型绿色荧光蛋白质EGFP,从而产生双色荧光蛋白质标记的APP嵌合体mC99G。mC99G能模拟α-分泌酶、β-分泌酶、γ-分泌酶以及caspase加工APP的情形。mC99G、C99G和APP695G具有类同的亚细胞定位。γ-分泌酶抑制剂DAPT处理后,尽管mC99G的mCherry信号与APP695G相似,但是mC99G的EGFP信号表现的更像C99G,即大量EGFP信号聚集在质膜上。细胞表面的生物素标记显示质膜处的聚集组分主要为CTFα-EGFP,这表明α-分泌酶介导的CTFβ-EGFP向CTFα-EGFP转化可能主要发生在质膜处。鉴于mC99G的代谢物水平接近C99G对应物,故认为APP胞外结构域对其自身转运与加工非常关键。另外,mC99G也可以作为一种APP加工研究的有用工具。作为应用,我们发现mC99G及其衍生物能通过exosome分泌至胞外环境中。