NB| 王建枝教授最新综述：阿尔茨海默症神经环路示踪技术总结

阿尔茨海默症（AD）是一种最常见的神经退行性疾病，目前尚无治愈方法。AD患者会出现学习和记忆损伤，其基本机制是神经环路出现障碍。因此，了解AD进展过程中失调神经环路的结构特征和机制十分重要，通过了解这些特征以开发新的干预手段。

来自华中科技大学同济医学院的王建枝教授团队总结了最近最前沿的示踪神经环路并操控他们活动的实验方法和关键技术，以及这些方法的优点和局限性。该团队还回顾了这些技术在探索β-淀粉样蛋白和tau蛋白对AD病理作用的神经机制，以及针对AD的精准治疗策略。

研究内容

单细胞RNA测序

普通RNA测序无法区分低丰度转录物的特异性表达，而单细胞测序能够提供基于转录谱的细胞多样性图谱以及有助于探索脑相关疾病机制。

最新的神经环路可视化实验方法

病毒示踪剂可以用来描述不同神经元或不同大脑区域之间的结构连接，如单纯疱疹病毒（HSV）和水泡性口炎病毒（VSV），通常用于顺行跨突触追踪。这两种病毒在一级感染的起始神经元中侵入和复制，然后传播到突触连接的神经元中。

而逆行跨突触追踪需要狂犬病病毒（RV），它从受感染的周围部位逆行传播到中枢神经系统。与HSV不同，RV仅沿逆行方向传播。在不引起胶质细胞感染的情况下，神经元高特异性使RV成为神经环路追踪的理想工具。                                

图1 神经环路示踪示意

最新的神法神经环路实验操作方法

光遗传学包括光学、微生物学、病毒学和生物化学相关知识，利用通道视紫红质（ChR2）在光照下通道泵的作用在细胞中诱导电化学信号，可以精确控制光照下的神经元放电。但是野生型ChR2反应缓慢，科学家设计其序列突变开发了ShETA，加速光刺激后神经元通道的闭合和快速复极化。此外还有一些变体，如VChR1、ReaChR和CheRiff等。

化学遗传用于调节特定神经元或神经环路的活动，指利用基因工程受体与特定合成配体或分子相互作用来改变细胞信号转导。由于受体通过随机或定点突变进行修饰，因此它们不再对其天然配体产生反应，但可被合成化学物质特异性激活。

与光遗传学相比，化学遗传学允许刺激物通过非侵入性途径给予，如注射抑肽酶和内源性给药。虽然无法实现精确控制时间，但可以延长神经元及其环路活动的操作时间。

图2 光遗传学和化学遗传学神经操作示意

AD脑内神经环路缺陷

AD患者脑内海马区细胞脆弱，单通过细胞转录组学可以判断区分不同类型细胞的脆弱性。AD脑内海马区谷氨酸能神经元产生功能障碍，Tau病理是导致谷氨酸能突触损害的一个原因，所以需要靶向谷氨酸能神经元以拯救 AD 患者的记忆障碍。

GABA是大脑中主要的抑制性神经递质，GABA能神经传递在AD中发生巨大变化，导致AD进展过程中兴奋性/抑制性（E/I）失衡。

通过光遗传学和化学遗传学手段靶向追踪谷氨酸能神经元和GABA能神经元传递能观察到精确的细胞位置和空间放电情况，为AD的治疗提供潜在策略，可以用于恢复AD脑中紊乱的海马网络和突触可塑性的损伤。

图3 AD中的海马环路与定向操作策略

综上，研究神经环路对于理解AD患者大脑病理学和认知症状之间的联系机制具有重要意义。此外，AD小鼠模型或患者中异常神经环路的识别可能为临床上的AD治疗提供新的治疗策略，但是目前仍存在一些关键问题需要解决：

1、目前为止，还没有一种完美的病毒载体能够满足所有的需要。顺行跨突触追踪中的H129-DTK不能用于追踪局部输出，HSV有毒性不适合长期追踪。逆行病毒示踪剂RV也需要进一步优化，以降低其毒性并满足电生理记录的需要。此外，病毒示踪剂的感染和追踪效率在不同的脑区和细胞类型中可能有所不同。

2、光遗传学和化学遗传学在AD患者中的应用存在障碍，如患者自的身免疫反应、光刺激导致组织过热产生损伤。这些问题需要日后的研究进行探索和改进，更好的提供神经环路研究的基本技术。

参考文献

Yang Ying，Jian-Zhi Wang，Illuminating Neural Circuits in Alzheimer’s Disease，Neurosci. Bull. August, 2021, 37(8):1203–1217.

编译作者:  原代美少女 (Brainnews创作团队) 

校审: Simon (Brainnews编辑部)

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