BIN1（桥接整合因子1）蛋白最初被确定为一种肿瘤抑制因子，可与癌蛋白MYC相互作用并抑制其活性。近年来，全基因组关联研究（GWAS）确定了BIN1基因周围的遗传变异是迟发性阿尔茨海默病（AD）的重要风险因素。临床研究发现BIN1主要神经元亚型isoform 1在AD患者脑内显著减少，但该分子事件的下游效应并不清楚。之前的AD相关研究发现BIN1主要与Tau而非Aβ病理密切关联，并可调节谷氨酸能神经元的突触前与突触后功能，但较少有研究者从上游的细胞过程层面探讨BIN1的细胞生物学功能。
近日，南京医科大学基础医学院盛呈雨团队在国际自噬领域期刊Autophagy杂志发表题为BIN1 deficiency enhances ULK3-dependent autophagic flux and reduces dendritic size in mouse hippocampal neurons的研究论文。
在本研究中，研究者发现RNA干扰敲降Bin1导致小鼠海马神经元的树突规模下降，在海马CA1区立体定位注射表达shBin1的腺相关病毒，磁共振成像揭示注射部位周边组织体积显著下降，且小鼠在巴恩斯迷宫测试中表现出空间参考记忆能力的受损。机制研究发现上述树突损伤并非源于某个发育程序受阻，而是伴随了自噬的过度激活，使用氯喹抑制溶酶体酸化有效缓解了Bin1敲降导致的树突退化。进一步，研究者发现不受mTORC1抑制的ULK3被招募参与了自噬起始，通过AAV介导的RNAi降低神经元中的ULK3表达，或者使用一个广谱的受体酪氨酸激酶抑制剂SU6668降低ULK3活性，均可显著减轻Bin1敲降引起的海马体积减少和空间记忆衰退。由于海马萎缩是AD中的常见病理改变，该工作提示AD患者中神经元BIN1的减少可能是一个重要的分子事件，通过上调自噬参与驱动海马结构与功能损伤，而抑制ULK3有潜力减轻这些不良影响。
巨自噬/自噬是通过溶酶体降解细胞内容物的一种保守的分解代谢过程。自噬通过降解神经突起中的细胞器和重要蛋白，负调控轴突或树突网络的规模。使用各种自噬抑制剂处理神经元，然后通过LC3-II水平的变化幅度来评估自噬通量，研究者发现shBin1组神经元的自噬通量更高，使用氯喹抑制自噬恢复了shBin1神经元的树突规模。
由于上述树突规模下降源于自噬而非某个发育程序缺陷，BIN1缺失也可能影响成熟神经元的树突规模。为检验这一假设，研究者构建了一个腺相关病毒，表达靶向所有小鼠Bin1亚型的shRNA，通过立体定位注射到海马CA1区。MRI扫描发现在AAV-shBin1小鼠中，注射位点周边的CA1区域显示出显著的体积减少。巴恩斯迷宫测试发现AAV-shBin1小鼠具有更差的长期记忆能力。
SU6668是一个受体酪氨酸激酶的广谱抑制剂，在肿瘤治疗领域被一期临床初步证明了安全性，之前研究发现SU6668可以有效抑制ULK3活性。使用SU6668处理shBin1组原代海马神经元，研究者发现树突退化被有效阻止；同时，SU6668显著减轻了AAV-shBin1小鼠的海马体积区域性下降和海马依赖的空间记忆损伤，支持ULK3是BIN1下游的一个关键效应蛋白和潜在有效干预靶标。
模式图如上图所示，本工作提出如下模型：BIN1缺乏导致AKT/TFEB途径的ULK3表达增加，ULK3与其它上调的自噬基因一起增强自噬，导致海马神经元树突规模下降，并在小鼠层面上表现为磁共振成像可见的海马区域性体积损失，以及海马依赖的空间记忆损伤。作为BIN1下游的关键效应蛋白，抑制ULK3有潜力消除上述不良影响，同时，由于ULK3不负责常规的自噬起始，靶向ULK3可能具备高细胞选择性和低副作用的优势。
南京医科大学盛呈雨副教授为本研究通讯作者，硕士研究生金昱曦为本研究第一作者。
