揭示转录因子Maf1在阿尔茨海默病中的功能作用

研究背景

阿尔茨海默病（AD）是一种进行性认知障碍为特征的神经退行性疾病，常伴有记忆丧失、智力丧失、社交和情绪功能障碍等症状，病理特征包括由脑内淀粉样蛋白（Aβ）在大脑中聚集形成的老年斑、过度磷酸化的Tau蛋白聚集形成的神经元纤维缠结（NFTs）、慢性炎症反应、突触丧失和神经元死亡。

研究表明，在许多大脑中没有老年斑和神经原纤维缠结的阿尔茨海默病患者中，突触的形态和功能明显退化，甚至一些神经元已经死亡，因此突触丧失被认为是早期AD认知障碍明显的形态学相关因素。一项研究发现转录因子调节突触的可塑性。此外，在AD患者大脑中，许多转录调控因子发生了变化。这些转录因子的变化可能与突触可塑性有关，但它们在AD中的具体作用仍然不清楚。

Maf1作为RNA聚合酶的转录调节因子，在中枢神经系统中的表达水平较高，尤其是在海马和皮层中。研究已经证明Maf1可以通过PI3K-AKT-mTOR信号通路负向调节海马神经元树突的生长，影响小鼠的学习和记忆能力。目前Maf1在中枢神经系统中已成为热门话题，通过探索Maf1在调节神经元突触中的形态学和潜在功能，有望进一步阐明突触重构的机制。

文献来源

今年1月，同济大学附属东方医院神经内科李刚教授团队在Brain上发表了题为”Maf1 loss regulates spinogenesis and attenuates cognitive impairment in Alzheimer’s disease”的文章，研究发现转录因子Maf1在阿尔茨海默病（AD）中表达上调，并通过结合Grin1的启动子区来调节NMDAR1的表达，进一步调节神经元钙稳态和突触重构，揭示了一种与AD发病机制相关的新的分子机制

项目研究

研究员对人脑GEO数据库GSE5281进行了基因组分析，筛选到转录因子Maf1在AD中表达上调。通过建立原代海马神经元的AD模型和APP/PS1转基因小鼠模型，进一步确认了Maf1在AD中表达异常升高的现象。

已有研究表明Maf1可以影响小鼠的学习记忆能力，研究人员利用CRISPR/Cas9技术构建Maf1条件敲除小鼠，与APP/PS1转基因小鼠杂交，在小鼠海马CA1区实现Maf1特异性敲除。Morris水迷宫测试结果显示，Maf1缺失的APP/PS1小鼠表现出更短的逃避潜伏期和更好的空间记忆能力，也就是说Maf1的下调有助于改善AD小鼠的认知功能。

突触丧失和功能障碍直接导致AD患者大脑认知功能下降，与突触可塑性密切相关。随后研究员通过AD模型和电生理学方法探讨了Maf1对突触结构和功能的影响，Maf1条件性敲除小鼠模型和体外敲低模型中Maf1表达下调，增加了蘑菇状突棘的密度并减少细丝状突棘。此外，敲除Maf1后，小鼠的mEPSC频率恢复到接近野生型小鼠的水平，长时程增强（LTP）水平也在Maf1敲除小鼠中得到恢复。

为了进一步探究Maf1调控神经元突触功能的分子机制。利用转录组学测序和Cut-tag测序，GO富集和KEGG通路分析发现差异表达基因主要与突触功能和钙信号通路有关。特别是Grin1基因，编码NMDAR1蛋白，其表达水平在Maf1敲除后下降。通过ChIP和双荧光素酶报告基因实验证实Maf1能够结合到Grin1启动子的特定区域，并增强其转录活性。以上揭示了Maf1通过调控Grin1基因的表达来影响NMDAR1的水平和神经元突触功能，从而在AD的发病机制中发挥作用。

研究结论

本研究发现了Maf1-NMDAR1信号通路调节神经元钙稳态并参与AD患者突触重构的新机制。在AD病理条件下，转录调节因子Maf1的表达增加，并通过结合Grin1的启动子区域来调节NMDAR1的表达，从而进一步调节钙稳态，改变树突棘的形态结构和数量，从而影响突触功能。提示了Maf1可能是早期AD潜在的治疗干预靶点，对突触功能障碍的进一步研究可能为AD的早期干预和治疗开辟新的思路和方向。