伴随人口老化而来的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)发病率的逐年上升是全球面临的最严峻的挑战之一。AD是一种老年神经退行性疾病,是引起痴呆最常见的原因。这种病目前几乎没有特效的治疗药物和措施,加上长达十余年的病程以及最后的痴呆症状,给家庭和社会带来了严重的精神和经济负担。据美国疾病预防与控制中心(CDC)的报道,2014年美国死亡人口总数的4%为AD患者(https://www.cdc.gov/features/Alzheimer-disease-deaths/index.html),因此AD被列入美国六大死亡原因之一。众所周知,AD患者的主要临床表现是进行性的学习记忆能力衰退,包括记忆减退、精神障碍、言语功能失调、个性和行为改变、定向和判断能力减弱和其他认知能力的下降,以至发病后期逐渐丧失生活自理能力。目前对于AD的发病机制及预防策略存在较大争议,以Aβ为靶标的药物研发目前基本上均宣告失败,因此寻找预防和治疗AD的新靶点乃是当务之急。女性AD主要见于绝经后,因此卵巢雌激素的缺乏被认为是导致AD的主要因素之一。但是在老年男性中AD也有一定的发生率,其发病机制却不甚清楚。部分临床调查研究发现,AD患者血清睾酮较正常老年男性明显降低,从而引起人们对雄激素与AD关系的研究兴趣。雄激素在芳香化酶的催化下可转变为雌激素(通常称为内源性雌激素,如雌二醇E2),从而与雌激素受体(包括核受体ERα、ERβ与膜受体GPR30)结合发挥作用。课题组前期工作发现睾丸切除并不影响小鼠的学习记忆行为,但是用芳香化酶(雌激素合成酶)抑制剂处理则诱导明显的学习记忆障碍,表明在调节雄性小鼠的学习记忆行为方面雄激素的直接作用有限而雄激素转化而来的雌激素可能发挥着主要作用。芳香化酶(aromatase,AROM)位于细胞线粒体,是由细胞色素P450和NADPH-细胞色素P450还原酶组成的复合体。研究表明,经由AROM转化而来的雌激素在神经发育和突触可塑性方面具有调节功能。在哺乳动物大脑,海马(hippocampus)是内侧颞叶系统中与学习记忆最密切相关的结构,也是负责学习与记忆功能的关键脑区。研究发现海马是最早在AD中受损的大脑区域之一,海马的突触可塑性变化则是学习记忆和认知的神经机制,其中突触相关蛋白表达的变化是突触传递与功能可塑性的基础、树突棘密度和突触密度的变化则是突触可塑性的形态学基础。海马有高水平的AROM表达,其功能尚不甚清楚。为数不多的研究报道了AROM对正常雌性小鼠空间学习记忆行为的调节,但是特异性调节海马AROM的表达对雄性APP/PS1小鼠的痴呆行为有何影响尚未见有关研究报道。为了探讨AROM对雄性APP/PS1转基因痴呆小鼠海马突触可塑性及空间学习记忆的作用与机制,本课题主要进行了以下研究:1.通过Western Blot方法分别检测了2、4、6、8、10月龄雄性APP/PS1和C57小鼠海马与AD病理相关蛋白(Aβ、p-tau、ADAM10、BACE1、NEP、IDE)的表达变化,确定其在APP/PS1小鼠海马内表达出现显著变化的时间点。2.通过Western Blot方法分别检测2、4、6、8、10月龄的雄性APP/PS1和C57小鼠海马AROM及突触相关蛋白(Synaptophysin、PSD95、Spinophilin、GluR1)的表达变化,确定其在APP/PS1小鼠海马内表达出现显著变化的时间点。3.结合上述两部分的实验结果,选取4、6、8月龄的雄性APP/PS1和C57小鼠,通过Morris水迷宫实验检测其空间学习记忆行为,找出APP/PS1小鼠出现明显空间学习记忆障碍的时间点。4.结合APP/PS1小鼠海马AROM表达显著降低的时间点和其出现学习记忆障碍的时间点,选取6月龄的APP/PS1小鼠,对其海马区进行脑立体定位注射过表达AROM病毒,到9月龄时用水迷宫实验检测不同处理条件下小鼠空间学习记忆行为的变化。主要实验结果及结论:1.AD病理相关蛋白的表达在C57小鼠8月龄海马才有显著变化,而在APP/PS1小鼠6月龄海马即有显著变化。2.AROM的表达在C57小鼠中2~8月龄海马均处于较高水平,直到10月龄海马才有显著降低;而在APP/PS1小鼠中6月龄海马即有显著降低,之后一直维持在较低水平。四种突触相关蛋白的表达在C57小鼠所检测的时间点内未见明显的增龄性变化,而在APP/PS1小鼠海马均有不同程度的降低。3.水迷宫结果显示相较于同月龄C57小鼠,4月龄和6月龄APP/PS1小鼠在前五天的定位训练实验中找到平台的逃避潜伏期无差异、在第六天的空间记忆检测实验中穿过平台次数和第三象限停留时间也无差异,而8月龄APP/PS1小鼠在前五天的定位训练实验中找到平台的逃避潜伏期明显延长、在第六天的空间记忆检测实验中穿过平台次数和第三象限停留时间均显著减少。以上结果说明APP/PS1小鼠在4月龄和6月龄时均表现正常,但是在8月龄时出现了明显的学习记忆障碍。4.通过给6月龄APP/PS1小鼠海马内注射过表达AROM病毒,于9月龄时进行行为学测试,发现对照组APP/PS1小鼠已出现明显的学习记忆障碍而实验组海马特异性过表达芳香化酶APP/PS1小鼠则未出现学习记忆障碍。上述结果表明经AROM催化雄激素而来的内源性雌激素对依赖于海马的空间学习记忆行为具有重要作用,提高海马AROM水平可以预防APP/PS1小鼠出现痴呆行为,有望成为预防或治疗AD的重要靶点。