カテプシンBはPI3K-Aktシグナルを介してアルツハイマー病におけるミクログリアの遊走とアミロイドβの貪食を調節する

Cathepsin B modulates microglial migration and phagocytosis of amyloid β in Alzheimer's disease through PI3K-Akt signaling.

抄録

抗アミロイドβ（Aβ）モノクローナル抗体（レカネマブ）がアルツハイマー病（AD）の前臨床早期患者の治療薬として米国食品医薬品局（FDA）から承認されたことは、AD治療における脳内Aβクリアランスの信頼性と重要性を示唆している。ミクログリアは、脳内でAβを除去する主要な食細胞であるが、その根底にある調節機構は不明である。ここでわれわれは、マウス脳からのミクログリアAβクリアランスの調節におけるカテプシンB（CatB）の重要な役割を調べた。野生型マウスまたはCatBマウスに、1～3週間海馬にAβを注射した。マウスは、認知機能の変化、Aβ代謝、神経炎症について評価された。in vivoの結果を検証するために、ミクログリアとニューロンの培養を行った。統計解析は、GraphPad Prismソフトウェアパッケージを用いて、Student's t test、一元配置分散分析（one-way ANOVA）とポストホックTukey's testにより行った。CatB欠損はAβクリアランス効率を著しく低下させ、マウスの認知機能低下を悪化させる。外因性Aβは、活性化ミクログリアにおけるCatBの発現を著しく増加させる。トランスクリプトーム解析とin vitro細胞培養実験から、CatBは遊走、貪食、炎症に関与する遺伝子クラスターと関連していることが示された。さらに、トランスクリプトーム解析と免疫ブロッティングにより、CatBはPI3K-ACT活性化を介してミクログリアのAβクリアランスを調節することが示唆された。本研究は、Aβクリアランスにおけるミクログリアの機能促進におけるCatBの、これまで知られていなかった役割を明らかにした。

The approval of anti-amyloid β (Aβ) monoclonal antibodies (lecanemab) for the treatment of patients with early preclinical stage of Alzheimer's disease (AD) by the Food and Drug Administration, suggests the reliability and importance of brain Aβ clearance for AD therapy. Microglia are the main phagocytes that clear Aβ in the brain, but the underlying regulatory mechanism is unclear. Here, we investigate the critical role of cathepsin B (CatB) in modulating microglial Aβ clearance from mouse brain. Wild-type or CatB mice were injected with Aβ into the hippocampus from 1 to 3 weeks. Mice were evaluated for cognitive change, Aβ metabolism, neuroinflammation. Microglia and neuron cultures were prepared to verify the in vivo results. The statistical analyses were performed by student's t test, one-way ANOVA with a post hoc Tukey's test using the GraphPad Prism software package. CatB deficiency significantly reduces Aβ clearance efficiency and aggravates mouse cognitive decline. Exogenous Aβ markedly increases CatB expression in activated microglia. Transcriptome analysis and in vitro cell culture experiments demonstrate that CatB is associated with gene clusters involved in migration, phagocytosis, and inflammation. In addition, transcriptome analysis and immunoblotting suggest that CatB modulates microglial Aβ clearance via PI3K-AKT activation. Our study unveils a previously unknown role of CatB in promoting microglial functionality during Aβ clearance.