《文献解读》内嗅皮层到CA1的突触功能损伤导致AD小鼠认知障碍新机制

 
        β淀粉样蛋白（Aβ）级联假说在阿尔茨海默症（AD）中占有主导地位， AD患者脑内有大量的老年斑沉积。Aβ是构成老年斑的主要成分，长期以来被认为与特定脑区神经元丢失相关。然而最近研究发现，在AD患者早期临床表现出的空间学习记忆障碍不是由于神经元丢失引起的，而是由于突触功能障碍引起的。

        内嗅皮层（EC）的兴奋性锥体神经元（PN）是在AD患者早期最容易发生功能改变的细胞，海马是内嗅皮层的主要投射脑区。前期研究发现内嗅皮层第二层和第三层的锥体神经元能支配海马CA1亚区的PN，损伤EC_PN到CA1_PN的神经投射会出现空间记忆障碍，但是EC_PN到CA1_PN的神经元是否为直接联系，目前仍不清楚。

        研究人员首先构建了一个表达禽病毒受体（TVA）和狂犬病毒G蛋白的基因鼠（TVA/G^loxP/loxP mice），通过与PV-cre小鼠交配，将TVA和G蛋白表达在PV神经元上（PV^TVA/G+/+mice）。接着通过立体定位注射ΔG-rabies-eGFP病毒表达在PV神经元中，通过逆行示踪发现在EC第二层上表达有绿色荧光，说明ECII_PN到CA1_PV神经元之间存在单突触联系。 
 

图1

        为了确定该投射的功能，研究人员在ChR2^loxP/loxP基因鼠的ECII_PN中注射AAV1/2-D28K-Cre，通过在ECII_PN表达光遗传学病毒研究ECII_PN到CA1_PV的神经元功能联系。荧光成像确认ChR2主要表达在ECII的锥体神经元。
 

图2

        接着研究人员通过电生理记录，发现光激活ECII的锥体神经元能诱发出明显的动作电位，而激活ECIII的锥体神经元不能诱发出动作电位。光激活ECII在CA1的PV神经元能记录到明显的PESC。从功能上确认ECII_PN到CA1_PV之间的功能连接。
 

图3

        研究人员在AD基因鼠上检测ECII_PN到CA1_PV神经投射在AD中的变化情况。AD模型小鼠出生后180天表现出空间记忆障碍，全细胞膜片钳记录发现光诱发ECII_PN到CA1_PV的EPSC的幅度显著降低。电生理记录也发现空间记忆障碍的AD小鼠CA1亚区PV神经元的mEPSC的频率和幅度显著降低，而CA1亚区锥体神经元的mEPSC的频率和幅度没有变化。说明ECII_PN到CA1_PV的神经联系降低与AD的空间认知障碍密切相关。
 

图4

        临床上认为深部脑刺激有可能成为治疗AD的希望。研究人员用光在ECII_PN诱发θ脉冲刺激（TBS），自由活动的AD小鼠CA1亚区中，电生理可以记录到一个明显θ震荡。离体脑片记录发现经过TBS治疗的AD小鼠CA1的PV神经元EPSC的幅度明显增加。微小兴奋性突触后电流记录也发现TBS治疗的AD小鼠CA1的PV神经元mEPSC的频率和幅度均得到明显的恢复。
 

图5

         在行为学的测试中，研究人员首先检测了在小鼠自由移动过程中位置细胞的放电情况。电生理记录发现在经过TBS治疗35天后的AD小鼠处理空间位置信息的能力显著增加。说明TBS治疗能显著增加AD小鼠的空间记忆能力。
 

图6

        研究人员设计出一个隐藏版的Morris水迷宫实验，发现经过TBS治疗的AD小鼠行为学上表现出的成绩更好，TBS治疗的AD小鼠花费更多的时间在隐藏平台所在的第二象限，并且在第二象限内找到隐藏平台的潜伏期大大缩短。说明TBS治疗能改善AD导致的记忆衰退。
 

图7
 

        本文作者通过病毒示踪、光遗传学、在体电生理、脑片膜片钳等技术，发现了在内嗅皮层第二层的锥体神经元通过与CA1的PV神经元形成单突触联系，调节空间学习记忆。在AD发病过程中，ECII_PN到CA1_PV之间的功能连接降低，出现空间认知障碍。而TBS治疗能增强ECII_PN到CA1_PV的功能连接，改善AD的空间认知障碍。

图片来源：Mol Psychiatr
 

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