阿爾茨海默病嗅覺功能障礙的神經環路機制探索

《阿爾茨海默病嗅覺功能障礙的神經環路機制探索》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由劉青擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：阿爾茨海默病嗅覺功能障礙的神經環路機制探索
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉青
• 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院

項目摘要

嗅覺功能障礙與阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）密切關聯，但對其相互關係和內在機制的研究很少。申請人採用工具病毒示蹤神經環路的方法得到的初步結果表明，轉基因AD模型小鼠嗅覺相關神經環路的改變比經典研究方法發現的改變出現更早、更顯著。因此，本項目擬在APP/PS1轉基因小鼠中，結合嗜神經病毒神經環路示蹤、免疫組化和顯微光學成像技術，揭示嗅覺相關神經環路在神經元水平上改變的時空模式。在此基礎上，選取一個具有顯著差異的代表性腦區，揭示環路精細結構的變異，並利用光遺傳學、電生理和行為學方法，研究特定類型神經環路（如膽鹼能、腎上腺素能和5-羥色胺能）對嗅覺相關腦區電活動和動物行為的影響。通過整合分析上述實驗結果，明確特異類型神經環路在AD相關嗅覺功能障礙中的作用，建立微觀、介觀和巨觀水平上改變的關係，為進一步研究AD嗅覺功能障礙機制，AD預警和早診等提供新的思路和策略。

結題摘要

隨著人口老齡化日益加劇，阿爾茨海默病患者逐年增加，表現為進行性的感覺、認知和運動障礙，給社會和家庭帶來沉重負擔。目前關於AD發病機制尚不明確，缺乏早期診斷方法，沒有有效治療手段等。研究發現，AD患者普遍存在嗅覺功能障礙，早於認知功能障礙的發生。近期大樣本人群長期跟蹤研究發現，嚴重嗅覺障礙患者5年內發展為記憶性障礙的比例比嗅覺正常者風險高30倍。基於此，我們提出了“嗅覺相關環路涉及AD發生髮展”的假說。通過本項目研究發現，以嗅球為種子點，靜息態腦功能磁共振成像顯示3月齡AD模型小鼠就已出現全腦範圍內多腦區功能連線顯著降低，電生理記錄嗅覺相關腦區活動也發現功能連線下降；以嗅球為注射點，偽狂犬病毒（PRV）逆向跨多級突觸示蹤顯示3月齡AD模型小鼠調控嗅球的多個腦區就已出現了解剖投射的明顯減少。而且結構連線明顯減弱的腦區，AD病理性標誌物Aβ沉積較多，進一步通過免疫組化實驗確定，投射明顯減少涉及的神經元類型，既有興奮性的，也有抑制性的神經元。該研究結果為“嗅覺相關環路涉及AD發生髮展”的假說提供了實驗證據，有望為AD的早期診斷和治療在神經環路水平提供新的思路和策略。在研究過程中，我們發現了一種靈敏、穩定、簡單易行的檢測AD病理性標誌物—老年斑的方法，即利用老年斑的自發螢光對其進行檢測。與常規的免疫組化、銀染、剛果紅染色及硫磺素染色相比，自發螢光檢測具有諸多優點，而且掃描後的標本還可用於進行其他方法檢測。本項目研究發現，8月齡AD模型小鼠腦片中海馬等腦區的老年斑在紫外光激發下有很強、很特異的自發螢光信號，且成像深度大，對組織損傷小。而其發射光譜有兩個明顯的發射峰位。進一步在活體AD小鼠上觀察到了老年斑的自發螢光。該研究結果可作為AD相關基礎研究和臨床診斷中老年斑檢測簡單可靠的方法。本項目研究中，利用狂犬病毒RV逆行追蹤技術，觀察到內側嗅結節可直接接受嗅球等嗅覺系統神經元和腹側被蓋區中多巴胺能神經元等獎賞系統的輸入；然後利用電生理記錄、鈣離子信號光纖記錄技術，觀察到內側嗅結節神經元對多種氣味刺激均有回響，同時從中腦腹側被蓋區到嗅結節的多巴胺能神經投射纖維對多種自然獎賞刺激起回響；隨後利用光遺傳學方法激活該投射通路可導致獎賞反應並可建立氣味偏好。該研究結果有望為成癮、偏食和肥胖等的預防和治療提供神經環路層面的實驗依據。