2024年10月18日,暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院杨甦/李晓江团队在国际权威期刊Molecular Neurodegeneration(一区Top,IF 14.9)发表题为“Increased expression of mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF) contributes to synapse loss in Alzheimer’s disease”的研究论文。研究团队发现MANF过表达会导致突触蛋白表达水平下降和突触数量减少,进而影响小鼠的学习和记忆功能。在AD小鼠模型中增加或降低MANF的表达会相应的加剧或缓解AD病理表型。这些结果与以往研究中MANF发挥神经保护功能的发现不同,提示MANF具有复杂的神经生物学功能,同时也揭示了ER-stress与AD发病机制的关联。
研究亮点
01、首次揭示MANF与AD突触丢失的直接关系:MANF的表达随AD小鼠模型和患者脑中病理进展显著增加,并与突触相关蛋白的表达成负相关。在MANF转基因小鼠和AD小鼠中,MANF过表达导致突触数量减少,学习和记忆功能受损。
02、发现分子机制:MANF通过与ELAVL2蛋白(一种与学习和记忆功能密切相关的RNA结合蛋白)结合,改变其与下游突触相关mRNA的结合,进而影响基因表达。
主要研究结果
01、MANF上调与AD病理的关系
5x FAD小鼠体内MANF的表达随年龄增加而升高,且伴有突触蛋白减少。该现象在AD患者的海马体内也得到了验证。进一步研究发现,MANF的表达与β-Amyloid的累积(β-Amyloid burden)呈正相关,与突触后蛋白PSD95和突触前囊泡蛋白synaptophysin的减少显著相关。
02、MANF的表达影响突触数量和功能
用脑内过表达MANF的转基因小鼠开展行为学实验,发现MANF转基因小鼠的学习和记忆能力下降、焦虑水平上升。电生理实验显示MANF转基因小鼠的海马体神经元功能异常。这些结果提示MANF过表达会影响海马体神经元的功能,进而导致小鼠行为异常(图1)。

图1 MANF在海马体过表达导致行为和神经突触缺陷
进一步检测MANF转基因小鼠的突触蛋白表达,发现该小鼠海马体内PSD95和synaptophysin都显著减少,免疫荧光染色和高尔基染色结果显示神经突触数量显著减少。说明MANF过表达导致海马体内神经突触减少,这可能是影响小鼠学习和记忆功能的原因。
利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在5xFAD小鼠的海马体内敲低MANF的表达,发现MANF表达降低不影响β-Amyloid的累积,但是显著缓解了小鼠的行为学异常和突触丢失(图2)。

图2 在5xFAD小鼠海马区中敲低MANF的表达减轻了突触丢失和行为学异常
03 分子机制:MANF与ELAVL2的相互作用
通过蛋白质组学和转录组学分析,研究团队找到了与MANF相互作用的蛋白——与学习和记忆功能密切相关的RNA结合蛋白ELAVL2。MANF过表达会影响ELAVL2与下游突触相关mRNA的结合,进而影响相关基因的表达(图3)。这些结果揭示了MANF影响神经突触数量和功能的机制。

图3 MANF通过与ELAVL2结合影响突触相关基因表达
研究结论
2、研究揭示了MANF通过调控ELAVL2功能,影响突触相关基因表达的分子机制。
3、尽管MANF已被证明可保护急性ER应激引发的细胞损伤,本研究表明其长期过表达可能特异性影响神经元功能,诱发退行性疾病如AD。同时,作为一种非典型神经营养因子,MANF在细胞外途径中展现神经保护功能,而其细胞内作用机制较为复杂。
本文的研究结果为基于MANF的治疗方法开发提供了重要指导。
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