AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

作者:RWD
浏览量:1841

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。


AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动


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。


AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动


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。


AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动


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。


AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动


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。


AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动


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。


AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动

AD治疗策略新策略 —— 恢复丘脑网状核的活动


总结


这项研究结果表明,APP小鼠TRN神经元活动减少与睡眠碎片化程度的增加以及SWS时间的减少有关,这些改变发生在疾病进展的早期,在认知缺陷和斑块沉积出现之前。而且,APP小鼠一旦到了出现斑块沉积的年龄,其睡眠碎片化程度与Aβ斑块沉积成正比。利用化学遗传学手段选择性的激活APP小鼠中TRN神经元就足以改善睡眠/觉醒活动,并减少Aβ的积累,这表明TRN可能是与AD疾病进展相关的睡眠障碍的关键脑区。尸检结果显示,MCI或AD患者TRN神经元活性降低幅度与Braak评分的升高相对应,支持TRN活性调节AD病理的假设。AD患者或APP小鼠的TRN中均未发现明显的神经元缺失,表明TRN神经元存在并具有功能,但活性较低。该研究结果表明恢复TRN神经元的活性足以改善APP小鼠的睡眠,并且这也可能是一种有效的AD治疗策略。


亮点研究方法


这项工作为了阐明TRN在睡眠调节和斑块沉积中的作用,研究者用到了精细行为分析、电生理记录、化学遗传学以及组织病理染色等实验技术。瑞沃德深耕神经科学研究领域近20年,一直致力于为客户提供可信赖的解决方案和服务,可提供这项工作中涉及的动物手术、慢性给药、电生理记录、组织病理检测以及行为学分析与评估的完整解决方案。截止目前,瑞沃德产品及服务覆盖海内外 100 多个国家和地区,客户涵盖全球700+医院,1000+科研院所,6000+高等院校,已助力全球科研人员发表SCI文章12000+,获得行业广泛认可。
收藏 点赞(0)
分享
评论列表共有 0 条评论
暂无评论
在生命科学、动物健康和临床医疗领域提供可信赖的解决方案和服务,全力帮助客户取得成功