《Progress in Neurobiology》：ABCA7 deficiency exacerbates glutamate excitotoxicity in Alzheimer’s disease mice – a new pharmacological target for Glu-related neurotoxicity
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本研究针对阿尔茨海默病(AD)中谷氨酸(Glu)与γ-氨基丁酸(GABA)稳态失衡的关键病理环节，首次系统阐明了ATP结合盒转运体A7(ABCA7)缺陷通过调控Glu-GABA神经传递系统加剧神经毒性的分子机制。研究人员通过多组学技术发现，ABCA7缺失会削弱神经递质降解酶活性并改变NMDA/AMPA/GABAA受体表达，导致兴奋性毒性恶化。该研究为开发针对Glu介导的神经退行性病变的新型治疗策略提供了重要靶点。
在探索阿尔茨海默病复杂发病机制的过程中，科学家们逐渐将目光聚焦于大脑内两种关键神经递质的平衡关系——谷氨酸（Glu，主要的兴奋性神经递质）和γ-氨基丁酸（GABA，主要的抑制性神经递质）。这种微妙的平衡一旦被打破，特别是当Glu系统过度活跃而GABA抑制不足时，便会引发所谓的“谷氨酸兴奋性毒性”，导致神经元进行性损伤和认知功能衰退，这正是阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病的核心病理特征之一。尽管目前已有药物如美金刚（Memantine，一种NMDA受体拮抗剂）用于缓解Glu相关的神经毒性，但其长期疗效有限，且无法从根本上阻止疾病进展。因此，寻找新的、更有效的干预靶点迫在眉睫。
近年来，遗传学研究揭示，ATP结合盒转运体A7（ABCA7）是仅次于APOE的阿尔茨海默病第二大遗传风险因子。ABCA7在大脑中广泛表达，已知其在维持脑内脂质稳态、促进小胶质细胞清除Aβ斑块等方面发挥重要作用。然而，ABCA7的缺陷如何具体影响神经元的功能，特别是它与Glu-GABA系统失衡这一AD关键病理环节之间存在何种联系，尚不明确。为了解决这一问题，由Jens Pahnke教授领导的研究团队开展了一项深入的研究，其成果发表在《Progress in Neurobiology》上。
为了回答上述问题，研究人员设计了一套严谨的实验方案。他们利用了多种转基因小鼠模型，包括野生型（WT）、APP/PS1转基因（APPtg，模拟AD病理）、ABCA7基因敲除（A7ko）以及APP/PS1与ABCA7双基因缺陷（APP-A7ko）小鼠，从而模拟了从正常到病理，以及ABCA7功能缺失等多种状态。研究在不同年龄点（50、100、150、200天）对小鼠进行了分析，以捕捉疾病发展不同阶段的动态变化。核心技术手段包括基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的蛋白质组学、代谢组学和脂质组学分析，对脑组织、脑脊液（CSF）和间质液（ISF）样本进行了全面检测。此外，还运用了新型计算生物学方法（如MSI-ATLAS）进行脑脂质景观可视化分析，并辅以行为学测试（自发活动监测）来评估神经功能的变化。
研究结果
3.2. ABCA7缺陷导致APPtg小鼠Glu-Gln-GABA系统恶化
热图和主成分分析（PCA）显示，ABCA7的缺失显著改变了与Glu-GABA系统相关的酶、转运体和受体的表达谱。在AD小鼠（APPtg）中，ABCA7的敲除（APP-A7ko）加剧了这些变化，特别是在神经递质降解酶活性降低的同时，转运蛋白（如EAAT2, GAT1）和受体亚基（如NMDA受体的GRIN2B，AMPA受体的GRIA3）的表达水平却出现升高。而在单纯的A7ko小鼠中，早期（50天）就观察到转运体和受体的普遍下调，晚期（200天）则出现降解酶活性的下降，表明ABCA7缺失本身就能引起Glu-GABA系统功能的广泛抑制。
3.3. Aβ沉积和ABCA7缺乏引起星形胶质细胞和神经元水平Glu和GABA代谢失调
研究发现，Aβ斑块沉积会扰乱Glu和GABA在神经元和星形胶质细胞之间的正常循环。在APPtg小鼠中，Glu代谢相关的酶（如GLUD1）活性下降，而星形胶质细胞的Glu摄取转运体EAAT2表达增加，这可能导致Glu在突触间隙滞留时间延长。ABCA7的缺失（APP-A7ko）进一步恶化了这一状况，表现为星形胶质细胞和神经元中Glu和GABA的合成与代谢酶（如GOT1, GLUD1, GLS, GAD）活性普遍受损。在A7ko小鼠中，Glu-GABA循环的活性在整个生命周期中都处于较低水平。
3.4. Aβ沉积和ABCA7缺乏引起突触前和突触后末梢Glu和GABA周转失调
研究详细描绘了Glu和GABA在突触水平的变化。APPtg小鼠中，随着Aβ沉积，突触后NMDA受体和AMPA受体的特定亚基表达增加，反映了兴奋性传递的增强。ABCA7缺失（APP-A7ko）则导致更为复杂的改变：早期VGLUT1（囊泡Glu转运体）和EAAT1活性增加，晚期则出现NMDA受体NR1和NR2B亚基的显著上调，提示强烈的兴奋性毒性。同时，GABA能系统试图代偿，但在疾病晚期仍被过度兴奋所压制。在A7ko小鼠中，则观察到与AMPA受体内化相关的PICK1蛋白表达增加，以及NMDA受体和GABAA受体亚基表达的普遍下调，表明突触传递功能减弱。
3.5. Aβ沉积和功能性ABCA7的缺乏主要影响老年动物脑中LPC和LPE的水平
脂质组学分析发现，Aβ沉积和ABCA7缺失共同导致了特定脂质类别的积累，尤其是溶血磷脂酰胆碱（LPC）和溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）。在200天龄的APP-A7ko小鼠脑中，LPC(O-16:0)、LPE(22:6)、LPE(16:1)和LPE(20:3)等脂质物种水平显著升高。其中LPE(22:6)在MSI-ATLAS脑脂质图谱分析中显示，在APP-A7ko小鼠脑白质区域有特异性积累。
3.7. 自发活动
行为学测试表明，ABCA7缺失会导致自发活动量减少。APPtg小鼠在疾病后期（200天）活动增加，而APP-A7ko小鼠则表现出活动抑制。单纯的A7ko小鼠从早期到晚期均表现为活动量降低，这与其Glu-GABA系统功能低下的发现相一致。
研究结论与意义
本研究首次全面揭示了ABCA7在阿尔茨海默病Glu-GABA系统失衡中的关键作用。主要结论包括：1）Aβ沉积本身会扰乱Glu-GABA稳态，导致兴奋性毒性；2）ABCA7功能缺失会显著加剧AD病理下的Glu相关神经毒性，其机制涉及神经递质降解酶活性降低、转运体和受体表达异常，从而破坏了神经元-星形胶质细胞的精密协作；3）ABCA7缺失即使在无AD病理的情况下，也会引起Glu-GABA系统功能的广泛抑制，影响神经系统的正常发育和功能；4）ABCA7缺失与Aβ沉积共同作用，导致了特定的脂质代谢紊乱，特别是LPC和LPE类脂质的积累，这些脂质可能成为疾病进展的生物标志物。
该研究的深刻意义在于，它将一个重要的AD遗传风险因子ABCA7与AD核心病理环节——谷氨酸兴奋性毒性直接联系起来，为理解AD的发病机制提供了新的视角。研究结果表明，针对ABCA7的功能进行调节，或者针对其下游的Glu-GABA信号通路进行干预，可能成为治疗AD的新策略。此外，所鉴定的特异性脂质物种为开发相关的生物标志物提供了候选分子。最后，该研究也提示，对于携带ABCA7功能缺失突变的个体，其对于现有调节谷氨酸能系统的药物（如用于癫痫、抑郁等疾病的药物）的反应可能需要重新评估。总之，这项研究不仅深化了对AD分子机制的认识，也为未来开发新的治疗方法奠定了重要的理论基础。
