在阿尔茨海默病中，丁酸盐通过 Annexin A1 与 Annexin A2 之间的相互作用来拮抗 Annexin A2 介导的 tau 病理过程

《Food and Chemical Toxicology》：Butyrate antagonizes Annexin A2–mediated tauopathy via Annexin A1 reciprocity in Alzheimer’s disease

但yrate通过调节AnxA1/AnxA2平衡抑制阿尔茨海默病模型中的tau病理和神经炎症，改善认知及胆碱酯酶活性

　　

Pavan K. Jayaswamy | Trupthi Ambrish | Vinay C. Sangamesh | Adithi Kellarai | Prakash Patil | Lobo Manuel Alexander | Praveenkumar Shetty

中央研究实验室，K. S. Hegde医学院，NITTE（被认定为大学），Deralakatte，Mangalore-575018，Karnataka，印度

摘要

背景

Annexin A1（AnxA1）是一种促进组织修复的介质，而Annexin A2（AnxA2）则具有促炎作用。两者之间的平衡对免疫稳态至关重要，但在阿尔茨海默病（AD）中的研究仍然不足。

目的

评估丁酸恢复AnxA1/AnxA2平衡的能力，并在细胞模型以及铝氯化物（AlCl?）/D-半乳糖诱导的AD模型中减轻tau蛋白病和神经炎症。

方法

体外实验中，使用BV2细胞研究小胶质细胞中的AnxA1/AnxA2相互作用；同时利用经视黄酸诱导的具有神经元特征的C6细胞来评估tau蛋白的磷酸化及AnxA1/AnxA2的相互作用。 体内实验中，对AlCl?/D-半乳糖处理的大鼠进行行为测试、Western blotting、ELISA和免疫组化分析，以评估丁酸对annexin平衡、tau蛋白病变、氧化还原稳态及乙酰胆碱酯酶活性的影响。

结果

体外实验显示，Aβ?–??抑制BV2小胶质细胞中的AnxA1表达并增加AnxA2表达，同时提高TNF-α水平，并通过AnxA1/AnxA2的相互作用促进C6神经元样细胞中的GSK-3α/β介导的tau蛋白磷酸化。丁酸能够恢复AnxA1表达，抑制AnxA2/GSK-3β/TNF-α通路，从而减轻tau蛋白病变。 体内实验中，丁酸预防性使用可保护海马区的细胞结构，改善认知功能，减少淀粉样蛋白负担，恢复正常氧化还原平衡，抑制乙酰胆碱酯酶活性，并通过降低p-tau水平重新平衡海马区及全身的AnxA1/AnxA2比例。

结论

丁酸通过调节AnxA1/AnxA2轴来抑制神经炎症和tau蛋白病，为其作为散发性AD的肠-脑轴治疗手段提供了理论依据。

引言

阿尔茨海默病（AD）是一种进行性神经退行性疾病，其特征为β-淀粉样蛋白（Aβ?-??）聚集、tau蛋白过度磷酸化、慢性神经炎症和胆碱能功能障碍，最终导致突触损伤、神经元丢失和认知能力下降。全球约有3200万人患有AD，6900万人处于AD前期阶段，3.15亿人处于临床前阶段，总计4.16亿人，占50岁以上人口的近22%。错误折叠的蛋白质和免疫失调会引发氧化应激、细胞骨架损伤、血脑屏障（BBB）破坏以及乙酰胆碱（ACh）分解加速，进一步加重认知障碍。 在这种病理背景下，annexin家族蛋白成为AD中神经免疫信号传导的关键调节因子。在生理平衡状态下，Annexin A1（AnxA1）和Annexin A2在维持细胞和血管稳态方面发挥互补作用：AnxA1是一种35–40 kDa的钙依赖性磷脂结合蛋白，主要存在于室管膜细胞、脑血管和胶质细胞中，通过丝氨酸24位点和苏氨酸27位点的磷酸化调控细胞骨架稳定性、外泌分泌和神经元凋亡，从而维持BBB完整性，调节免疫过度激活，并间接支持神经递质稳态和信号传导。相反，Annexin A2（36 kDa的磷脂结合蛋白）在血管内皮细胞中维持脑血管完整性，通过与肌动蛋白丝和血管内皮钙粘蛋白（VE-cad）的相互作用；在神经元中调节细胞骨架稳定性和tau蛋白相互作用；在小胶质细胞中则发挥促炎作用。 在AD中，早期AnxA1表达上调可通过neprilysin（一种关键的Aβ降解酶）对抗Aβ毒性，但疾病进展过程中AnxA1表达下降会破坏AnxA1/AnxA2平衡，加剧神经炎症和tau蛋白病变。外源性AnxA1可通过限制小胶质细胞激活、减少Aβ聚集、保护BBB完整性和改善突触功能来缓解这些症状，部分机制涉及RhoA–ROCK信号通路。相比之下，AnxA2在AD中从血管稳定因子转变为促炎介质，促进细胞因子释放和神经炎症及tau蛋白病变。在正常情况下，AnxA2在神经元膜上结合tau蛋白；但在AD中，糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）介导的tau蛋白过度磷酸化会破坏这种平衡，导致AnxA2转移并引发细胞因子介导的神经毒性级联反应。AnxA2还通过激活磷酸化信号转导因子和转录激活因子3（p-STAT3）促进神经元凋亡和退化，在晚期AD中加剧神经炎症，形成恶性循环。 作为营养补充剂，丁酸具有组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制作用，可去除组蛋白上的乙酰基团以调节基因表达，同时发挥类似糖皮质激素的抗炎效果。与年龄相关的丁酸产生菌群减少会导致内源性丁酸水平下降，影响炎症稳态，进而引发神经病理和认知功能下降。研究表明，丁酸可通过抑制Aβ和tau蛋白活性、减轻神经毒性及调节AChE活性来缓解AD症状。AnxA1/AnxA2平衡的失调与疾病严重程度相关，如COVID-19病例所示。这些发现提示丁酸可能通过上调AnxA1来恢复AnxA1/AnxA2平衡。为此，我们在体外Aβ?–??模型和体内AlCl?/D-半乳糖模型中利用丁酸的HDAC抑制作用来上调AnxA1表达，为annexin调节作为散发性AD的新疗法提供了机制基础。

化学品、试剂盒和抗体

β-淀粉样蛋白（Aβ?-??）肽（#1428）购自Tocris Bioscience（英国布里斯托尔）。视黄酸（#R2625）、丁酸钠（SB；#303410）、D-半乳糖（D-gal；#G0750）和铝氯化物（AlCl?；#563919）购自Sigma-Aldrich（美国）。Rivastigmine购自Cipla Ltd.（印度），甲酚紫醋酸盐（#21442）购自Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd.（印度）。六氟异丙醇（#RM3490）及其他分子级化学品购自HiMedia。

通过Dot Blot和MTT测定评估β-淀粉样蛋白寡聚化和细胞毒性

使用特异性A11多克隆抗体进行的Dot blot分析显示，Aβ?-??寡聚化程度随浓度增加而增加。在0.5 μM浓度时，Aβ显示出可检测但较弱的A11阳性信号；浓度升至1 μM时，寡聚化免疫反应显著增强；进一步升至2 μM时，A11信号最强，表明Aβ寡聚体大量积累（图1 A-B）。

讨论

本研究采用体外和体内方法探讨annexins在类似AD病理中的作用。BV2小胶质细胞和C6星形胶质细胞分别代表典型的胶质细胞类型：BV2小胶质细胞是大脑中的常驻免疫细胞，激活后释放TNF-α等促炎因子；经视黄酸诱导的C6细胞具有神经元特征，适用于tau蛋白研究。

CRediT作者贡献声明

Praveenkumar Shetty：撰写、审稿与编辑、验证、项目管理、方法学设计、实验实施、概念构思。 Lobo Manuel Alexander：撰写、审稿与编辑。 Vinay C Sangamesh：方法学设计。 Trupthi Ambrish：撰写、审稿与编辑。 Prakash Patil：撰写、审稿与编辑。 Adithi Kellarai：撰写、审稿与编辑。 Pavan K Jayaswamy：原始草稿撰写、验证、项目监督、软件使用、资源协调、方法学设计、整体统筹。

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。

资助

本研究未接受任何公共机构、商业机构或非营利组织的资助。

致谢

作者PKJ感谢NITTE（被认定为大学）提供的博士学位奖学金以及必要的研究设施支持。