阿尔茨海默病(alzheimer disease,AD)是最常见的痴呆类型之一,在全球范围内已有超过3500多万的患者,并且这个数据到2030年将增加到6500万。AD是多因素疾病,其影响因素包括年龄,家族史和基因因素等。其中基因因素已经被证实在晚发性AD中遗传度可达60%到80%。根据AD基因数据库(http://www.alzgene.org/)显示,补体成分(3b/4b)受体 1 基因(complement receptor 1,CR1)被认为是与AD密切相关的基因之一。随着Lambert团队首次证实CR1基因的基因多态性与AD易感性相关,不久全球的研究者陆续发现CR1基因在多地区多种族中与AD易感性相关。考虑到CR1基因和AD易感性密切相关,揭示CR1基因多态性与AD的病理关联以及CR1基因在AD病理中的具体作用变得尤为重要。到目前为止,现有的研究主要揭示了CR1基因通过调节淀粉样蛋白(amyloid β,Aβ)的代谢影响AD的病理,很少有研究探索CR1基因的基因变异与AD其他病理变化之间的关系。因而,在本研究的第一部分中,我们使用神经影像学手段和脑脊液(cerebrospinal fluid,CSF)蛋白标记物检测CR1基因的基因变异与AD病理表型的关系,例如使用影像学检测方法检测Aβ在大脑中的沉积,脑萎缩和大脑糖代谢情况,检测CSF中的 Aβ42 含量,总 tau蛋白(total tau,t-tau)和过度磷酸化的 tau(hyperphosphorylated tau,p-tau)蛋白情况,从而发现诊断AD的有效手段。由于tau病理是AD的另一个重要病理特征,因而揭示CR1基因在AD相关的tau病变的生物学机制将更有意义。Cr1-相关蛋白Y基因(Cr1-related protein Y,Crry),一种啮齿类动物特有的基因,编码一种重要的细胞表面的补体调节受体,该Crry蛋白与人类CR1蛋白有较高的组织结构和功能,并且这两个基因的位置具有序列同源性,因此人类的CR1基因被认为是从Crry基因演变而来。考虑到这些证据,啮齿类动物中的Crry基因已经被广泛接受成为研究人类的CR1基因的替代。在本研究的第二部分,我们拟利用转基因小鼠动物模型,结合慢病毒为载体的基因沉默技术,我们通过使用小鼠模型中的Crry基因来探索人类CR1基因在AD相关的tau病变的具体机制。综上所述,本课题完成不仅能为AD的早期诊断提供有力支持,而且能进一步全面揭示CR1基因参与AD的具体机制,从而为AD的预防与治疗提供新的方向。第一部分CR1基因多态性与AD患者的神经影像标志物和脑脊液蛋白之间关系的研究目的:本研究首次探讨CR1基因多态性与AD相关的神经影像标志物和脑脊液蛋白之间的联系。方法:本研究中纳入了阿尔茨海默病神经影像行动计划的(Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative,ADNI)的 812 人,分别为 48 名 AD 患者,483 名轻度认知功能障碍患者(mild cognitive impairment,MCI)和281名正常对照者(normal control,NC)。纳入了 8 个由全基因组关联研究(Genome-wide association study,GWAS)研究,大型的病例对照研究或者其他实验性文章验证过的并且ADNI数据库存在CR1基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点(rs10779339,rs12034383,rs2025935,rs3737002,rs3838361,rs4844609,rs4844610和rs6691117)。本课题中使用AV45-PET检测脑淀粉样蛋白成像,MRI检测大脑的体积,PET检验脑中糖代谢速率。使用xMAP Luminex试剂盒(Luminex Corp,Austin,TX)和免疫分析试剂盒(INNO-BIA AlzBio3;Ghent,Belgium;for research use-only reagents)测定脑脊液中 Aβ42,t-tau 和 p-tau 的浓度。结果:我们的研究结果发现rs4844609位点的突变增加扣带回,额叶,顶叶和颞叶的淀粉样蛋白的沉积,并且主要影响MCI和NC组人群;rs12034383的突变与左侧及右侧的中颞叶区域的体积成负相关,而在rs3737002的突变与左侧及右侧的中颞叶区域的体积成正相关,在rs669117的突变确认为与左侧的中颞叶体积成负相关;rs10779339的突变的能够有效减少右侧颞回的糖代谢,并且主要影响AD和MCI人群;纳入的CR1基因的基因突变与脑脊液中的Aβ42,total-tau和p-tau没有关联。结论:本研究首次提示CR1基因的基因多态性与Aβ在大脑中的沉积,大脑相关结构的体积,以及糖代谢之间存在紧密的联系。第二部分CR1参与AD的tau病理进程的生物学机制研究目的:调控小鼠模型中的Crry基因来探索人类CR1基因在AD相关的tau病变的具体机制。方法:选用6月龄P301S转基因小鼠及野生型小鼠,构建包裹小鼠野生型Crry shRNA的慢病毒载体,下调小鼠脑中的Crry蛋白的表达量。2个月后通过Western blot法或者免疫组化染色法检测脑中过度磷酸化tau蛋白,tau激酶,tau磷酸酶和补体系统相关蛋白浓度;使用Morris水迷宫实验测定下调Crry蛋白后对小鼠空间学习及记忆能力;使用qRT-PCR法测定下调Crry蛋白后大脑中神经炎症介质的表达情况。结果:Crry蛋白在AD环境下随着衰老进程其表达量增加,使用Crry shRNA能够有效的减少P301S转基因小鼠脑内的Crry蛋白的表达量;下调Crry蛋白表达量能够降低脑内过度磷酸化tau蛋白水平和改变tau激酶表达情况;降低脑内Crry蛋白含量能够改善P301S转基因小鼠的空间认知功能障碍,并且这些作用可能是通过调节小胶质细胞介导的神经炎症介质和补体系统在AD病程中发挥作用。结论:(1)CR1通过补体系统,调节小胶质细胞及神经炎症参与AD的tau病理进程;(2)调节CR1的表达可能成为未来治疗AD的方向之一。