來源：奇點(diǎn)糕 2023-05-15 13:08
蔡立慧教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)新研究為我們指明了在AD發(fā)生發(fā)展過程中，最早，或者說是更容易受神經(jīng)變性和Aβ沉積影響一組神經(jīng)元——LM神經(jīng)元，并且找到了潛在的治療藥物。
隨著阿爾茨海默病（AD）的進(jìn)展，神經(jīng)變性與β淀粉樣蛋白（Aβ）斑塊和錯(cuò)誤折疊的tau蛋白積聚一起發(fā)生，這些蛋白在大腦中纏結(jié)，把大腦搞得一團(tuán)糟，但神經(jīng)變性的發(fā)生似乎并不是隨機(jī)的，總有一些腦區(qū)的神經(jīng)元特別容易發(fā)生神經(jīng)變性和病理蛋白積累，找到這些神經(jīng)元，或許就能像找到木桶的最短板一樣，通過靶向性治療，推遲認(rèn)知能力的下降。
2019年時(shí)，麻省理工學(xué)院的蔡立慧教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在下丘腦下側(cè)，有一對(duì)兒被稱為乳頭體（MB）的結(jié)構(gòu)，有最高密度的Aβ積累[1]，大家只知道這對(duì)兒小東西參與記憶相關(guān)過程，但對(duì)它們?cè)谡Ｓ洃浐虯D中到底扮演了個(gè)什么角色并不清楚。
在最近的《科學(xué)·轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上，蔡立慧教授團(tuán)隊(duì)再次發(fā)表研究成果[2]，他們發(fā)現(xiàn)，外側(cè)MB神經(jīng)元是更容易發(fā)生神經(jīng)退行性病變的神經(jīng)元，隨著衰老而異?；钴S，導(dǎo)致記憶功能受損，在AD模式小鼠中，一種抗癲癇藥物成功抑制了外側(cè)MB神經(jīng)元的異?；钴S和退行性病變，并逆轉(zhuǎn)了記憶功能障礙。
研究人員解剖了AD模式小鼠5xFAD小鼠的下丘腦，對(duì)7754個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞測(cè)序。他們發(fā)現(xiàn)，有兩個(gè)神經(jīng)元簇可以代表MB中兩種不同的神經(jīng)元類型，即內(nèi)側(cè)MB（MM，Rprm標(biāo)記）和外側(cè)MB（LM，Tac2標(biāo)記）。
這兩種神經(jīng)元的基因表達(dá)譜包含了許多不一致的標(biāo)記基因，神經(jīng)元功能相關(guān)基因表達(dá)也不同，因此，它們可能具有不同的電生理特性，以及特定的代謝需求，總的來看，雖然同處小小的MB，但卻是兩種不同的神經(jīng)元亞型。
接下來，研究人員更加具體地對(duì)MM和LM神經(jīng)元的形態(tài)、投射目標(biāo)和神經(jīng)元活動(dòng)模式進(jìn)行了研究。
從形態(tài)上來說，LM神經(jīng)元的胞體明顯比MM要大（p=0.0016），這與研究人員觀察到的，LM神經(jīng)元的代謝活性和蛋白質(zhì)合成基因表達(dá)相比MM顯著增加相一致。從電生理特性上來說，MM神經(jīng)元能夠觸發(fā)比LM更多的動(dòng)作電位，自放電頻率更高（~11Hz vs. ~0.2Hz），動(dòng)作電位閾值更低、動(dòng)作電位寬度更短。類似的，二者投射的腦區(qū)也不同。這些差異可以對(duì)LM和MM進(jìn)行區(qū)分。
LM和MM的形態(tài)大小
兩種方方面面都不同的神經(jīng)元，想必，它們受到Aβ積累的影響也是不同的吧。在6月齡的5xFAD小鼠中，LM神經(jīng)元密度降低，神經(jīng)元核蛋白（NeuN）標(biāo)志物也減少，而MM神經(jīng)元?jiǎng)t沒有發(fā)生這些變化，這意味著，LM神經(jīng)元可能比MM更易發(fā)生神經(jīng)退行性變化。
野生型和5xFAD小鼠的LM神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組對(duì)比顯示，5xFAD LM神經(jīng)元中基因表達(dá)增加主要集中在神經(jīng)元死亡（包括神經(jīng)元死亡正調(diào)節(jié)、神經(jīng)元凋亡和細(xì)胞程序性死亡調(diào)節(jié)）和突觸活動(dòng)（包括突觸傳遞調(diào)節(jié)，神經(jīng)遞質(zhì)濃度和突觸信號(hào)調(diào)節(jié)），這些變化在MM中同樣沒有發(fā)生，并且，LM神經(jīng)元功能障礙是MB中所特有的，并不與其他腦區(qū)共享。
在兩項(xiàng)有關(guān)衰老和癡呆的縱向隊(duì)列的13例具有AD病理的參與者中，研究人員重復(fù)進(jìn)行了MB神經(jīng)元的鑒定，他們發(fā)現(xiàn)，AD患者中也存在LM神經(jīng)元的退行性變化，與5xFAD小鼠類似。
進(jìn)化上的保守性讓LM神經(jīng)元的變化有了進(jìn)一步研究的必要性。研究人員發(fā)現(xiàn)，無論是AD患者還是5xFAD小鼠，LM神經(jīng)元都增加了神經(jīng)元放電，2月齡的5xFAD小鼠就開始出現(xiàn)自發(fā)動(dòng)作電位頻率增加，另一種AD小鼠模型tau P301S小鼠也有同樣的現(xiàn)象，部分是因?yàn)長(zhǎng)M神經(jīng)元接收了更多的興奮性突觸輸入。
LM神經(jīng)元放電增加，MM神經(jīng)元?jiǎng)t沒有這種現(xiàn)象
到了6月齡時(shí)，小鼠LM神經(jīng)元的自發(fā)動(dòng)作電位頻率進(jìn)一步增加，從2月齡時(shí)的~4Hz增加到~32Hz，這表明小鼠的LM神經(jīng)元以年齡依賴性的方式表現(xiàn)出過度活躍且活躍程度逐漸提高。
LM神經(jīng)元的過度活躍使得小鼠在Y迷宮實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)更差，恐懼記憶實(shí)驗(yàn)中僵直時(shí)間更短，表明記憶能力受損。
為了幫助小鼠恢復(fù)記憶能力，研究人員使用了一種抗癲癇藥物左乙拉西坦對(duì)小鼠進(jìn)行了治療，這主要是由于AD患者和小鼠LM神經(jīng)元中突觸囊泡糖蛋白SV2A表達(dá)增加，而左乙拉西坦恰好可以與SV2A結(jié)合，部分抑制神經(jīng)元活性，以治療癲癇發(fā)作。
接受治療后，小鼠的LM神經(jīng)元自發(fā)動(dòng)作電位頻率果然有所下降，6月齡的5xFAD小鼠在Y迷宮和恐懼記憶實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)基本恢復(fù)至同齡野生型小鼠水平，而且左乙拉西坦沒有對(duì)MM神經(jīng)元的放電活動(dòng)產(chǎn)生影響。這意味著，LM神經(jīng)元的過度活躍會(huì)導(dǎo)致記憶能力受損，而通過藥物改變其活動(dòng)可能是改善AD相關(guān)認(rèn)知障礙的一種治療策略。
總的來說，蔡立慧教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)新研究為我們指明了在AD發(fā)生發(fā)展過程中，最早，或者說是更容易受神經(jīng)變性和Aβ沉積影響一組神經(jīng)元——LM神經(jīng)元，并且找到了潛在的治療藥物。目前，蔡教授團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步探索LM神經(jīng)元與大腦其他部分的連接機(jī)制，以及它們存在哪些特性，使得自身成為了最易受影響的神經(jīng)元。
參考文獻(xiàn)：
[1] Gail Canter R, Huang W C, Choi H, et al. 3D mapping reveals network-specific amyloid progression and subcortical susceptibility in mice[J]. Communications biology, 2019, 2(1): 360.
[2] Huang W C, Peng Z, Murdock M H, et al. Lateral mammillary body neurons in mouse brain are disproportionately vulnerable in Alzheimer’s disease[J]. Science Translational Medicine, 2023, 15(692): eabq1019.
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