Front.衰老大鼠前額葉皮層中的穀氨酸羧肽酶 II 損害工作記憶性能

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穀氨酸羧肽酶 II（GCPII，由FOLH1基因編碼）是一種跨膜鋅金屬肽酶，可分解代謝 NAAG（N-乙酰天冬氨酰穀氨酸），即mGluR3（3 型穀氨酸代謝型受體）的內源性配體，其表達增加與人類認知功能受損有關。mGluR3 ( GRM3 ) 的遺傳改變也是精神分裂症的風險因素。因此，瞭解 GCPII-NAAG-mGluR3 信號在前額葉皮層（ PFC） 功能中的作用具有直接的臨牀意義。炎症導致 GCPII 表達增加，所以GCPII抑制對一系列與炎症和免疫失調病因相關的認知障礙具有治療潛力。

衰老與炎症增加有關，並且已知老年大鼠的補體 C1q 表達增加、內側 PFC (PL mPFC) 中的 cAMP-PKA 信號失調與工作記憶能力受損有關。然而，目前尚不清楚衰老大鼠 mPFC 中 GCPII 的表達是否增加，以及GCPII是否對PFC認知功能產生不利影響。來自耶魯大學醫學院神經科學系的研究團隊檢查了衰老大鼠mPFC中GCPII和mGluR3的表達，並測試了用 2-（3-巰基丙基）戊二酸 (2-MPPA) 抑制 GCPII ，是否會改善大鼠工作記憶功能。

研究結果

1、GCPII和mGluR3在年輕和老年大鼠mPFC中的表達 通過免疫組織化學檢查 GCPII 免疫反應性在年輕成年和老年大鼠的 mPFC PL 層 II/III 中的定位。GCPII在年輕和老年大腦中含量豐富，在多種細胞類型中均有表達，密集標記的細胞具有與反應性星形膠質細胞一致的形態學表型。鑑於已知 GCPII mRNA表達僅限於星形膠質細胞，GCPII 蛋白在神經元上的顯着標記是一個新的重要發現。 GCPII 在整個樹突頂端以及神經元胞體中表達，但不包括細胞核（圖 1A）。爲了識別共享 GCPII 表達的非神經元細胞類型，對星形細胞標記物 GFAP 或小膠質細胞標記物 Iba1 進行了免疫熒光共染色。結果發現Iba1 和 GFAP 與 GCPII 存在微妙的定位，表明 GCPII 蛋白被這兩種神經膠質細胞類型表達。（圖 1B、C )。研究結果說明，GCPII 蛋白可以由一種細胞類型（例如星形膠質細胞）合成和釋放，並被其他細胞類型（例如神經元）吸收。

圖1 在大鼠 PFC 的 II/III 層中 GCPII 的神經元、星形細胞和小膠質細胞表達

蛋白質檢測年輕與老年大鼠額葉皮層中 GCPII 表達，結果顯示隨着年齡的增長而顯着增加（圖 2）。這些生化結果與老年大鼠 mPFC 中更密集的免疫組織化學標記一致。 額葉阻滯的蛋白質印跡分析僅顯示 mGluR3 表達水平隨年齡降低的趨勢（圖 3）。這可能由於是在整個額葉組織塊中捕獲mGluR3水平的測定，而先前的結果顯示mGluR3僅在PL mPFC 中的選擇性表達，與年齡的相關性降低。

圖2 年輕與老年大鼠額葉皮層的 GCPII 水平

圖3 年輕與老年大鼠額葉皮層的 mGluR3 水平

2、GCPII抑制對延遲交替性能的影響

對大鼠進行GCPII抑制劑 2-MPPA 口服全身給藥，進行T迷宮測試，以測試GCPII 抑制對延遲交替表現的影響。與載體對照相比，2-MPPA給藥在年輕成年大鼠（圖 4A）和老年大鼠（圖 4B）中產生了與劑量相關的工作記憶性能顯着改善。在年輕成年大鼠中，2-MPPA 劑量有顯着影響具有線性劑量反應。事後測試顯示 1.0 mg/kg 和 10.0 mg/kg 劑量有顯改善，20 mg/kg 劑量有改善趨勢。對老年大鼠全身給藥 2-MPPA 也改善了延遲交替性能，重要的是，任何劑量的 2-MPPA 在或老年大鼠中都沒有明顯的副作用。與注射載體對照相比，將 2-MPPA（0.1 μg/0.5 μl/側）直接注射到大鼠 PL mPFC 中可顯着改善延遲交替性能（圖 4C )。

圖4 GCPII 抑制劑 2-MPPA 的給藥提高了空間工作記憶功能

綜上，作者發現，GCPII蛋白在星形膠質細胞和小膠質細胞上表達，但也在神經元上顯着表達，並且隨着年齡的增長水平而升高。GCPII抑制劑 2-MPPA的全身給藥改善了年輕和老年大鼠的工作記憶功能，並且在局部注入內側PFC 後也提高了功能。

目前發現全身給藥GCPII 抑制劑並沒有副作用，這鼓勵進一步開發這種治療人類認知障礙的機制的療法。先前已證明向齧齒動物施用GCPII 抑制劑可提高依賴海馬的學習和記憶功能，包括阿爾茲海默症、多發性側索硬化症等模型。因此，這些藥物可能具有廣泛的適用性，用於治療學習和工作記憶損傷，並且可能特別適用於與神經炎症和衰老相關認知障礙疾病的治療，這爲其治療提供重要的新方向。

參考文獻

Dibyadeep Datta， Shannon N. Leslie， Elizabeth Woo, Nishita Amancharla, Ayah Elmansy, Miguel Lepe, Adam P. Mecca, Barbara S. Slusher, Angus C. Nairn and Amy F. T. Arnsten，Glutamate Carboxypeptidase II in Aging Rat Prefrontal Cortex Impairs Working Memory Performance，Front. Aging Neurosci., 15 November 2021.

編譯作者: 原代美少女 (Brainnews創作團隊)

校審: Simon (Brainnews編輯部)