AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

文章概述

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）患者通常伴随有睡眠障碍，其症状表现为早醒、睡眠碎片化、睡眠时间过长或过短、睡眠效率低、失眠等。在人类和动物研究中观察到睡眠障碍和AD之间有很强的联系。睡眠被打断，尤其是慢波睡眠（Slow-Wave Sleep, SWS），会影响大脑中淀粉样蛋白Aβ或tau的清除，增加了患AD的风险。尽管越来越多的证据表明睡眠障碍和AD之间存在联系，但人们对引发这种睡眠障碍的机制知之甚少。

一些证据表明，抑制性的丘脑网状核（Thalamic Reticular Nucleus, TRN）可能是睡眠障碍与AD之间联系的关键大脑区域。美国贝勒医学院的研究人员利用表达了突变的人淀粉样前体蛋白（Amyloid Precursor Protein, APP）的转基因小鼠（一种广泛用于研究AD的小鼠模型），探讨了TRN功能异常与睡眠维持以及SWS缺陷之间的关系，并测试了TRN激活对颅内Aβ清除的影响。该研究证实了选择性激活TRN可以改善AD小鼠的睡眠状况，并减缓相关病理蛋白的积累。该研究成果于2021年11月3日发表在《Science Translational Medicine》杂志上。

核心观点

1、APP转基因小鼠大脑TRN中神经元活动减少，小鼠睡眠碎片增加，SWS时间减少。

2、选择性激活TRN恢复了AD小鼠的睡眠维持时间，增加了SWS的时间，并减少了海马和皮层中的淀粉样蛋白斑块的积累。

3、TRN在AD相关症状中起主要作用，增强TRN神经元的活性可能是一种很有前景的AD治疗策略。

研究结果分析

1.APP小鼠表现出睡眠障碍和Aβ斑块沉积

为了研究TRN在与AD相关的睡眠缺陷中的作用，研究者使用了表达人类APP的杂合转基因小鼠。利用精细行为软件分析（HomeCageScan），研究者对小鼠的睡眠进行了评估，与同窝的非转基因小鼠（Nontransgenic, NTG）相比，在2月龄时，APP小鼠的睡眠碎片化增加，但是其空间记忆并没有出现障碍，然而在3 ~ 5月龄时，APP小鼠不仅存在睡眠碎片化增加，同时还出现空间记忆缺陷。在APP小鼠中，脑实质中的Aβ积累在大约1个月龄时达到可测量的浓度，并在大约6个月龄开始沉积成斑块，并且APP小鼠海马和皮层中的Aβ斑块面积与其睡眠碎片化程度呈现正相关性。SWS是睡眠的一个关键阶段，对Aβ的清除至关重要，研究者利用脑电（EEG）/肌电（EMG）记录对小鼠（2~3月龄）SWS进行了评估。通过对这种量化EEG/EMG数据进行分析，结果显示APP小鼠比NTG小鼠在休息时更频繁地醒来（表明睡眠碎片化增加），清醒时间有小幅度增加，SWS及睡眠时长减少。

2.利用化学遗传学介导TRN神经元激活

之前的研究发现，APP小鼠睡眠碎片化的严重程度与丘脑皮层网络活动的改变直接相关。具体来说，表现为APP小鼠大脑中抑制性TRN神经元的活性降低，而下游丘脑中继核的活性以及睡眠碎片化程度相应增加。临床研究表明，即使TRN活动的微小变化也会对大脑功能产生深远的影响，包括对AD患者的注意力、睡眠维持、SWS、海马功能和认知等。因此，研究者推测，在APP小鼠中，TRN活性的降低可能是导致睡眠碎片化增加和SWS减少的原因。研究者构建了Gad2-Cre的NTG和APP小鼠模型，并通过脑立体定位注射将化学遗传学受体hM3Dq特异性的表达到TRN中。通过免疫学和电生理手段证实，CNO给药能够直接激活TRN中神经元。

3.急性激活TRN可以使APP小鼠睡眠恢复

APP小鼠在2月龄时已经表现出来睡眠障碍。研究者利用上述策略来激活2月龄小鼠TRN的神经元，并结合EEG/EMG来评估小鼠的睡眠改善情况。在APP小鼠中，给予CNO后，激活TRN神经元能够显著降低小鼠睡眠的清醒次数以及清醒时间，并且增加SWS时间，其睡眠恢复的达到对照NTG小鼠的水平。

4.TRN神经元的慢性激活减少了Aβ斑块的沉积

由于睡眠障碍增加了Aβ和tau在大脑中的积累，因此研究者假设选择性激活TRN神经元可能会减少APP小鼠中Aβ斑块的沉积。为了验证这一假设，研究者将hM3Dq表达到APP-Gad2-Cre小鼠（6月龄，在斑块形成之前）的双侧TRN中，通过每天给予CNO持续激活TRN神经元。在整个给药期间，激活TRN导致APP小鼠睡眠的觉醒次数持续下降， SWS时间持续增加，并且总的睡眠时间增加。并且免疫组化的结果还表明，在持续激活APP小鼠TRN神经元后，小鼠大脑中Aβ斑块的面积显著降低。

5.AD患者TRN神经元活性降低与Braak评分升高有关

上述结果表明，TRN神经元活动的减少是APP小鼠睡眠障碍的关键因素，而TRN活动的增加会对AD小鼠的睡眠和病理特征产生有益的影响。为了验证APP小鼠的实验结果是否与人的AD有关，研究者对AD患者、轻度认知障碍患者（Mild Cognitive Impairment, MCI）、以及年龄匹配对照组大脑TRN和丘脑腹侧核(VLN)中神经元活性和丢失进行了比较。神经元的活性通过对分子标志物FosB/∆FosB（一种神经元慢性活动的标记，反映神经元的历史活动记录）的免疫组化染色来量化分析。与对照组相比，AD患者TRN中表达FosB/∆FosB的细胞数更少，MCI患者表现出中间数量的FosB/∆FosB表达。FosB/∆FosB表达的减少与Braak分期评分的升高有关。通过H&E染色或NeuN染色，可以观察到AD患者TRN中神经元没有明显丢失。这些结果表明，在AD中，TRN活性以及对病理的影响在小鼠和人身上具有一致性。

总结

亮点研究方法