Question

阿尔茨海默病（AD）是一种神经系统退行性疾病，临床表现为认知功能障碍，记忆力减退等。研究表明自噬异常是导致AD发生发展的重要因素，下图表示神经细胞部分结构及其细胞内自噬囊泡的产生和运输模式图。

（1）神经元的功能是__________________________。

（2）细胞自噬可清除细胞内不需要的大分子物质，脑细胞轴突末端形成的自噬囊泡沿微管运输至胞体并与___________________融合而被降解。AD患者脑神经元的轴突内积累了大量含淀粉样蛋白(Aβ)的自噬囊泡，科研人员推测AD患者脑中自噬囊泡的运输发生了障碍。

（3）Tau蛋白是一种微管结合蛋白，脱磷酸化的Tau蛋白可促进微管的装配，调节驱动蛋白沿微管的移动速度。AD患者脑中磷酸化的Tau蛋白增加了4～8倍。这一事实是否支持上述推测？______理由是_______________________________。

（4）研究发现H₂S也可促进细胞自噬，ATG5蛋白与细胞自噬有关。脑中H₂S主要在胱硫醚β合成酶（CBS）的催化下产生。为进一步探究H₂S的作用，科研人员通过基因工程的方法将CBS基因转移到小鼠体内，一段时间后检测相关指标，结果见1和图2。

①请依据上述结果，完善实验方案并预测小鼠行为的变化（从a～g选项中选择）

	实验小鼠	侧脑室注射载体	小鼠迷宮实验正确率(实验鼠/正常鼠）
前测	后测
对照组			60%
实验组			60%

___________

a．正常小鼠　　　　b．患AD小鼠　　　　c．携带CBS基因的载体　　　　d．空载体

e．小于60%　　　　f．等于60%　　　　g．大于60%

②阐述H₂S的作用机理_______________。

③大量实验数据发现，当ATG5基因中编码ATG5蛋白的第19位半胱氨酸的位置发生基因突变时，上述实验中实验组与对照组结果无明显差异，请推测AD患者的病因可能是_____________。

Answer

接受刺激，产生并传导兴奋 溶酶体 支持（或部分支持） 脱磷酸化Tau蛋白促进微管的装配，调节驱动蛋白沿微管的移动速度；磷酸化Tau蛋白无此功能，所以阻碍了自噬囊泡沿微管的运输

实验小鼠

侧脑室注射载体

小鼠迷宮实验正确率(实验鼠/正常鼠）

前测

后测

对照组

b

d

60%

f

实验组

b

c

60%

g

H2S促进ATG5的基化→促进Aβ被溶酶体中的酶分解→缓解AD症状。

（或H2S促进ATG5的基化，H2S促进Aβ降解，ATG5的巯基化与Aβ降解呈正相关） H2S促进ATG5蛋白巯基化位点在此蛋白的第19位半胱氨酸上

【解析】

1.由题图可知，脑细胞轴突末端形成的自噬囊泡沿微管运输至胞体并与溶酶体融合而被降解。

2.由图1和图2可知，注射载体后，与对照组相比，CBS组（实验组）小鼠大脑皮层表达产生的CBS增加，H2S的合成量增大，巯基化ATG5/ATG5增大，Aβ的含量减少。

（1）神经元的功能是接受刺激、产生兴奋并传导兴奋。

（2）由题图可知，脑细胞轴突末端形成的自噬囊泡沿微管运输至胞体并与溶酶体融合而被降解。

（3）AD患者脑中磷酸化的Tau蛋白增加了4～8倍的事实支持了上述推测，理由是脱磷酸化的Tau蛋白可促进微管的装配，调节驱动蛋白沿微管的移动速度，而磷酸化的Tau蛋白无此功能，阻碍了自噬囊泡沿微管的运输，导致自噬囊泡积累在轴突内。

（4）①由题意可知，本实验的目的是验证H2S可促进细胞自噬的作用。以患AD小鼠为实验对象，对照组是将空载体注射到小鼠侧脑室中，实验组是将携带CBS基因的载体注射到小鼠侧脑室中，注射后检测小鼠体内ATG5蛋白的巯基化、CBS的表达量、Aβ的含量和小鼠迷宫完成情况。注射前，两组小鼠学习记忆能力没有差异，小鼠迷宮实验正确率均等于60%。注射后，CBS组（实验组）小鼠大脑皮层表达产生的CBS增加，H2S的合成量增大，巯基化ATG5/ATG5增大，促进细胞自噬，进而促进Aβ的水解，AD症状得以缓解，小鼠的学习记忆能力比对照组提高，因此对照组小鼠迷宮实验正确率仍等于60%，实验组小鼠迷宮实验正确率应大于60%。实验方案及小鼠行为的变化如下表所示：

实验小鼠

侧脑室注射载体

小鼠迷宮实验正确率

注射前

注射后

对照组

b

d

60%

f

实验组

b

c

60%

g

②H2S的作用机理：H2S促进自噬相关蛋白ATG5发生巯基化，促进Aβ被溶酶体中的酶分解，使AD症状得以缓解。

③当ATG5基因中编码ATG5蛋白的第19位半胱氨酸的位置发生基因突变时，上述实验中实验组与对照组结果无明显差异，可能是H2S促进ATG5蛋白的第19位半胱氨酸发生巯基化。