パート2：アルツハイマー病におけるフペルジンAとその神経保護分子シグナル伝達
Mar 21, 2022
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3.ADに対するHupAの神経保護分子シグナル伝達
The神経保護HupA治療の効果は、神経栄養因子の発現、シナプス活性、N-メチル-D-アスパラギン酸（NMDA）受容体（NMDAR）の拮抗作用、ROSの調節、および神経細胞の生存を増加させるコリン作動性シグナル伝達に起因します[3,9]。
シナプス小胞の放出はHupaの1つです神経保護メカニズム。 CNSシナプスのシナプス小胞サイクル中に、シナプス小胞は能動輸送を介して神経伝達物質で満たされ、小胞プールを形成します。 満たされた小胞はアクティブゾーンにドッキングし、そこでプライミング反応を起こし、Ca2とトリガーされた融合孔の開口部に対応できるようになります[47]。 このステップでは、シナプトタグミンはCa2プラスセンサーとして機能します。 実際、シナプトタグミン- 1ノックアウトは、神経伝達物質の同期した迅速な放出を欠いており、それらの機能がどれほど関連性があるかを示しています[47]。 HupAはシナプトタグミンの発現を促進し、シナプス小胞のエキソサイトーシスと神経伝達物質の放出を改善します[48]（表1を参照）。
前述のように、HupAはAChEを阻害するため、HupA処理後、アセチルコリンが蓄積します。 アセチルコリンシグナル伝達は主に7nAChRと4 2nAChRを介して作用し、抗炎症反応を引き起こします[39]。 アセチルコリンシグナル伝達は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ/細胞外シグナル調節キナーゼ（MAPK / ERK）経路を介して神経前駆細胞の機能を調節します。これは、HupAへの応答としても活性化され、作用します。神経保護関数[49]。 同じことが脳由来神経栄養因子（BDNF）/トロポミオシン受容体キナーゼB（TrkB）シグナル伝達でも起こり、ホスファチジルイノシトール3-キナーゼ（PI3K）/ Aktセリン-スレオニンキナーゼ経路を活性化します（表1を参照）。 BDNF/TrkB依存性PI3K/TrkB /哺乳類のラパマイシン標的（mTOR）シグナル伝達経路の活性化は、アポトーシスを抑制し、ニューロンの生存に寄与します[50]。 前脳基底部コリン作動性ニューロンにおけるBDNFのコリン作動性増加は、長期増強（LTP）、シナプス伝達（シナプス前およびシナプス後部位で作用することによる）、および興奮性神経伝達物質グルタミン酸のシナプス前放出の誘導と維持を改善します[51]、したがって、コリン作動性ニューロンの喪失を防ぎ、認知機能を維持します[52,53]。 最後に、HupAは、海馬のリン酸化サイクリックアデノシン一リン酸応答エレメント結合タンパク質（CREB）のレベルを上昇させます。これは、CREB / BDNF経路でBDNFと相互作用し、複数の遺伝子-認知-環境相互作用に不可欠です[54]。 メインの1つ神経保護HupAの効果は、さまざまなコリン作動性メカニズムによるA蓄積と神経毒性の改善です[55]。 まず、前のセクションで説明したように、HupAはAChEIアクティビティを通じて、AChE-Aの相互作用を妨害し（図2を参照）[19,56,57]、p53-を介した神経細胞死を軽減します[37]。 HupAは、シナプス後の細胞接着分子であるニューロリギン1（NL1）と同様の作用を発揮します[48]。 NL1は、コリンエステラーゼ（ChE）と高度に類似した細胞外ドメインを持っています[58,59]。 NL1とAオリゴマー間の相互作用が報告されています。 NL1の精製された細胞外ChE様ドメインはAオリゴマーに直接結合し[60]、Aオリゴマーは興奮性海馬シナプスでNL1と結合します[61]。 AChEと同様に、HupAはNL1のChE様ドメインと相互作用し[46]、A -NL1相互作用を妨害し、オリゴマー化によって誘発される興奮毒性をダウンレギュレーションします（表1を参照）。 HupAは、Aオリゴマーとの相互作用を妨害するだけでなく、Aの蓄積も軽減します。 HupAはAPPの生成に影響を与えませんが、その切断を調整します。
APPは、2つの可能な経路のいずれかによって切断されます。 -セクレターゼ非アミロイド形成経路では、APPはディスインテグリンやメタロプロテイナーゼドメイン含有タンパク質10（ADAM10）などの-セクレターゼによって切断され、APPの可溶性エクトドメイン（sAPP）と膜につながれた細胞内C末端フラグメント（C83）を生成します。 ）。 y-セクレターゼによるさらなるプロセシングはC83を切断し、3- kDaペプチド（P3）とAPP細胞内ドメイン（AICD）を生成します[62]。 P3とAICDは両方とも神経栄養性であり神経保護[26]。 一方、β-セクレターゼアミロイド形成経路では、BACE1によって切断が行われ、わずかに短い可溶性APPフラグメント（sAPP）とC99フラグメントが生成されます。 y-セクレターゼによるさらなるプロセシングはC99を切断し、AD病理学の特徴であるAICDとAペプチドを放出します[62]。
HupAはsAPPaおよびC83フラグメントの発現を増加させ[26,32]、用量依存的にADAM10の構成的発現を回復させ、BACE1の膜移行をダウンレギュレーションします。これによりBACE 1- APPの会合が妨げられます（図3を参照）。 ）。
表1.認知症関連の病状および治療の効果におけるHupAのコリン作動性メカニズムの分子標的。
（AChE：アセチルコリンエステラーゼ; nAChR：ニコチン性アセチルコリン受容体; Bcl -2：B細胞リンパ腫-2; Bax：Bcl-2-様タンパク質4;Gsk -3：グリコーゲンシンターゼキナーゼ-3：mTOR：哺乳類のラパマイシン標的; BDNF：脳由来神経栄養因子; TrkB：トロポミオシン受容体キナーゼB）。
図3.HupAはAPP処理を制御します。 HupAは、α-セクレターゼによるアミロイド前駆体タンパク質（APP）の切断により、非アミロイド形成経路の活性を用量依存的に増加させ、可溶性-APPフラグメント、P3ペプチド、およびC83フラグメントを生成します。 これらは神経栄養性と神経保護性の両方であり、HupA治療後にアップレギュレートされます。 HupAは、Aペプチドを形成するために切断されるC99フラグメントに加えて、アミロイド形成経路として知られているもので可溶性-APPフラグメントを生成するβ-セクレターゼであるBACE1のレベルも低下させます。 これらの製品は、神経膜のブレブや細胞収縮などのアポトーシス反応を引き起こし、細胞死を引き起こします（APP：アミロイド前駆体タンパク質; BACE1：ベータサイトアミロイド前駆体タンパク質切断酵素1; sAPP：可溶性アミロイド前駆体タンパク質-; sAPP：可溶性アミロイド前駆体タンパク質-）。
mAChRおよびプロテインキナーゼC（PKC）/ MAPK経路の活性化は、この効果のメカニズムとして提案されており[15、23、46]、HupAを介したERK1 / 2のリン酸化の増加も、ADAM10の転写を調節する可能性があります。 APPプロセシングのコリン作動性調節の別のメカニズムは、Wntシグナル伝達の活性化です。 Wntシグナル伝達は、脊椎動物の末梢神経筋シナプスにおけるシナプス前の集合、シナプス後の分化、幹細胞の分化、およびCNSの発達と維持において重要な役割を果たします[63–65]。 最近の証拠は、それが血管の安定性、BBBの完全性、および炎症も調節することを示唆しています[66]。 標準的なWnt経路またはWnt/-カテニン経路では、Wntリガンドは細胞表面のFrizzled（FZD）および低密度リポタンパク質関連タンパク質（LRP）ファミリーの受容体に結合し、GSKを含むいくつかの細胞質リレー成分を活性化します{{ 13}}および腺腫性ポリポーシスコリ（APC）、最終的に-カテニンへのシグナル伝達。 -カテニンは核に入り、リンパ系エンハンサー結合因子1（LEF1）と複合体を形成して、Wnt標的遺伝子の転写を活性化します。 -カテニンに依存しないWntシグナル伝達経路は、非標準経路と呼ばれ、Wnt / Jun N末端キナーゼ（JNK）経路としても知られる平面細胞極性（PCP）経路、およびWnt/Ca2が含まれます。プラス経路[63]（図4を参照）。
図4.HupAはWntシグナル伝達に影響を与えます。 HupAは、標準的なWntシグナル伝達と非標準的なWntシグナル伝達の両方に影響を与えます。 標準的なシグナル伝達に関して、HupAはGSK-3活性をダウンレギュレーションすることによってWnt/-カテニン経路を調節します。 HupAはGSK-3/のリン酸化レベルを増加させ、タウの過剰リン酸化と神経毒性を防ぎながら、シナプス可塑性とニューロンの生存に関連して、カテニンを安定化し、その標的遺伝子の発現をアップレギュレートします。 HupAは、PKC/MAPKシグナル伝達を介して非標準経路とも相互作用します。 PKCの活性化はGSK-3活性も阻害し、-セクレターゼの発現をアップレギュレートし、Aの蓄積とニューロンのアポトーシスを防ぎます（Wnt：ウィングレス関連統合部位; GSK3：グリコーゲンシンターゼキナーゼ3; PKC：プロテインキナーゼC; MAPK：マイトジェン活性化プロテインキナーゼ）。
Wntシグナル伝達の阻害は、認知障害を引き起こし、タウリン酸化を増加させ、海馬のA1-42ペプチド濃度とA42 / A 40比を増加させ、脳脊髄液のA 1-42濃度を減少させ、クリアランスが不十分であることを示します。 BBB全体[18]。 したがって、HupAによるWntシグナル伝達の活性化は、Aの負担と認知障害を改善します[23、25、32]。
カテニン転座によるWnt標的遺伝子の転写活性化はBACE1転写を抑制しながらAPPプロセッシングをADAM10に向け、Wntシグナル伝達とA蓄積を結びつけるため、Wntシグナル伝達はAPPの非アミロイド形成プロセシングも調節します[67]。 GSK -3はWntの細胞質リレー成分の1つであり、その活性化の増加により、標準的なWntシグナル伝達を阻害する-カテニンのリン酸化が増加し[63]、過剰なタウタンパク質のリン酸化やA生成などのADの特徴があります。 さらに、AはPI3K / Aktシグナル伝達を損ない、GSK-3の活性化につながることが示されています。 これにより、タウの過剰リン酸化、神経原線維変化の形成、シナプス毒性、シナプス喪失、そして最終的には神経細胞死を誘発するフィードバックループが作成されます[64]。 ただし、前述のように、HupAはPKCシグナル伝達を増加させ、PKCはGSK -3活性を阻害し、タウのリン酸化とA産生を防ぎます（図4を参照）[32]。 WntおよびPKCシグナル伝達の活性化を通じて、HupA治療はAPPの非アミロイド形成プロセシングを救出し、これらの経路がHupAの中心である可能性があることを示しています神経保護A負担に対する効果[32]（表1を参照）。 さらに、これらのメカニズムを通じて、HupAはシナプス前構造とシナプス可塑性を保護します[26、32、61、68]（表1を参照）。
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HupAはまた、非コリン作動性メカニズムを介して作用し、ミトコンドリアの構造と機能、およびFe2と恒常性を標的とします。 ミトコンドリアの摂動は、形態の変化、トリカルボン酸（TCA）回路の低下、シトクロムC（CytoC）オキシダーゼ活性の低下、酸化ストレスなど、ADの病理学で説明されています[69]。 Aはミトコンドリアに蓄積し、ミトコンドリアのプロテインAに結合するアルコールデヒドロゲナーゼ（ABAD）と相互作用して、神経毒性とアポトーシスを引き起こす摂動を引き起こす可能性があります。 蓄積とミトコンドリア機能障害は相乗作用して、認知喪失に関与する神経変性経路を活性化します[52,53]。 ミトコンドリアは、CytoCなどのタンパク質を膜間腔および沿岸内腔から放出することによってアポトーシスを開始し、続いてカスパーゼおよびアポトーシス誘導因子（AIF）（カスパーゼ非依存性アポトーシス経路）を活性化します。 外膜の透過化はミトコンドリアの代謝障害を引き起こし、その後ミトコンドリアの腫れと神経細胞死を引き起こします[69]。 次に、APPの過剰発現は、ミトコンドリア内膜の分岐鎖ケト酸複合体およびピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体のジヒドロリポイルトランスアシラーゼおよびジヒドロリポイルトランスアセチラーゼ成分の結合を変化させ、直接相互作用を通じてミトコンドリアマトリックス内のNIPSNAP1タンパク質の局在を破壊することによってミトコンドリア機能に影響を与える可能性があります[ 37]（図5を参照）。 HupAは、CytoCおよびカスパーゼ-3切断の細胞質移行を阻害し[69]、アポトーシス誘導シグナルを減衰させ（表2を参照）、ミトコンドリアマトリックスにおけるNIPSNAP1タンパク質の局在の破壊を逆転させることにより、APP誘導ミトコンドリア機能障害をおそらく防止します。 [37]。 HupAはまた、グルタチオンペルオキシダーゼ（GSH-Px）、スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）、およびカタラーゼ（CAT）をアップレギュレートし、酸化ストレスを防ぎます[70]。 HupAを介した神経保護には、無傷の二重膜の回復が含まれる可能性があります。これにより、膜電位とATP産生が回復し、エネルギー恒常性が維持されます[35,52]（表2を参照）。 プロテオミクス分析は、HupAが酸化的リン酸化に関与するタンパク質の発現を増加させることを確認しています[37]。
図5.HupAは、Aへの曝露後にミトコンドリアの完全性を救助します。 クロスはミトコンドリアの二重膜を通過し、マトリックス内で凝集します。 ミトコンドリアの摂動には、形態の変化、TCA回路の低下、CytoCオキシダーゼ活性の低下などがあります。 細胞死は、カスパーゼおよびAIF（カスパーゼ非依存性アポトーシス経路）を活性化する膜間腔および沿岸内腔からタンパク質を放出することによって開始されます。 外膜の透過化は、ミトコンドリアの代謝障害を引き起こし、その後、ミトコンドリアの腫れ、ROSの蓄積、および神経細胞死を引き起こします。 HupA処理は、Aがマトリックスに蓄積するのを防ぎ、Aがミトコンドリアタンパク質と相互作用するのを防ぎます。 HupAは、CytoCの放出とそれに続くアポトーシスを防ぎます。 また、全体的な膜の安定性を救い、ミトコンドリアの酵素活性、膜電位、およびATP形成を保護します。 HupAはまた、酸化的リン酸化に関与するタンパク質を濃縮し、ミトコンドリア呼吸を改善します（ABAD：アミロイドベータ結合アルコールデヒドロゲナーゼ; CAT：カタラーゼ; GSH-PX：グルタチオンペルオキシダーゼ; SOD：スーパーオキシドジスムターゼ; ROS：活性酸素種; IMS：膜間腔; CytoC ：シトクロムC; Cas -3：カスパーゼ-3; AIF：アポトーシス誘導因子）。
表2.認知症関連および治療の効果におけるHupAの非コリン作動性メカニズムの分子標的。
サイトテック：シトクロムC; Cas -3：カスパーゼ-3; AIF：アポトーシス誘導因子; CAT：カタラーゼ; GSH-PX：グルタチオンペルオキシダーゼ; SOD：スーパーオキシドジスムターゼ; TFR1：トランスフェリン受容体1; ROS：活性酸素種; APP：アミロイド前駆体タンパク質; IRP：鉄調節タンパク質）。
Fe2プラスホメオスタシスに関しては、ADマウスモデルでは、WTマウスと比較して皮質および海馬でFe2プラスのレベルが上昇していることが報告されています。 したがって、トランスフェリン受容体タンパク質1（TFR1）の発現は、APPswe / PS1dE9マウスでアップレギュレーションされます。これは、Fe2と取り込みの増加を説明しています[34]。 Fe2プラスを介した神経変性は、-セクレターゼ活性のダウンレギュレーションに起因し、非アミルアオイド形成経路を阻害し、APPプロモーターで同定された機能的な鉄応答要素（IRE）によるAPP発現の同時増加を伴う可能性があります。なぜAPPレベルはFe2プラス治療後に増加し、キレーター治療後に減少するのか。 別の説明として、APPの翻訳発現は、APP mRNAと鉄調節タンパク質-1（IRP -1）[34]の間の古典的なリプレッサー相互作用の放出を介して指示される可能性があります。 HupAはFe2とキレート剤として直接作用し、APP翻訳を誘導するIRP-1の能力を低下させる可能性があります[34]。 HupAはまた、in vivoでマウスのTFR1発現をダウンレギュレートし、ニューロンでのトランスフェリン結合鉄（TBI）の取り込みを減少させます[34]（図6を参照）（表2を参照）。
ハーブエピメディウムサジタタム
最後に、HupAがnAChRの活性化を通じて炎症性サイトカインの発現を低下させることは注目に値します。 コリン作動性抗炎症経路を活性化すると、CNSにおける炎症反射の遠心性弧は、炎症性サイトカインの発現を抑制し、全身性の炎症反応を引き起こします。 7nAChRの活性化は、マクロファージ、ミクログリア、および星状細胞の活性化をダウンレギュレートし、炎症性サイトカインの産生を阻害しますが、抗炎症性サイトカインの発現は変化しません[10,46,71]。 HupAのコリン作動性抗炎症作用は、IL -1、IL -6、およびTNF分泌とNF-kBシグナル伝達をダウンレギュレートし、神経炎症反応を弱めます[72]。
図6.HupAはFe2と恒常性を調節します。 HupAは、ニューロン内でのFe2plusの蓄積を防ぎます。 それはキレート剤として作用するかもしれませんが、TFR1の発現をダウンレギュレーションし、Fe2と細胞への取り込みを防ぎます。 ニューロン内のFe2と濃度を減らすことにより、HupAはAPPの翻訳を減らします。 Fe2 plusはIRPに結合し、APPmRNAから放出します。APPmRNAは翻訳されます。 HupAの存在下では、Fe2と濃度が低下し、放出されるIRPが少なくなるため、意味のないAPPが変換されます。 HupAは、これらすべてのメカニズムを通じて間接的にROSを低下させます（TFR1：トランスフェリン受容体1; Tf：トランスフェリン; TBI：トランスフェリン結合鉄; ROS：活性酸素種; APP：アミロイド前駆体タンパク質; IRP：鉄調節タンパク質）。
記憶のためのエキナコシド
