Alzheimers Dement︱姚金晶等发现阿尔兹海默症的新治疗靶点：2型尼兰碱受体活性介导的神经元兴奋性增加
撰文︱姚金晶
责编︱王思珍
阿尔兹海默症（Alzheimer’s Disease，AD），俗称老年痴呆症，是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病。AD可分为早发型常染色体显性家族性AD（familial AD，FAD）和迟发型散发性AD（sporadic AD，SAD）[1, 2]。FAD患者携带有与导致β-淀粉样蛋白（amyloid beta，Aβ）异常剪切的相关基因突变，目前我们对AD的了解绝大多数是基于对FAD相关的动物模型的研究，然而对于占所有AD病例总数约97%以上的SAD，其致病机理并不明确[3, 4]。
尽管FAD与SAD在致病机理上可能存在着不同，但是二者有着一些共同的病理表现。在疾病早期出现的神经元活性增加就是其中的共同病理表现之一[5-8]。基于FAD相关动物模型的研究表明，可溶性Aβ能够诱导神经元兴奋性增加[5, 9]。然而，导致SAD早期出现神经元兴奋性增加的机制，尚不明确。
2型尼兰碱受体（ryanodine receptor 2，RyR2）是一种存在于内质网上的钙离子释放通道，其大量表达于海马和大脑皮层锥体神经元[10, 11]。既往研究表明，在AD初期的FAD动物模型及SAD病人的大脑样品中，均能观察到RyR2的表达上调和功能增强[12-14]。因此，RyR2活性的异常增加很可能是导致AD病理状况下神经元活性上调的机理之一。加拿大卡尔加里大学Wayne Chen教授实验室前期的工作表明，缩短RyR2的开放时间，能够在AD小鼠模型（5xFAD+/-）上实现对AD相关神经元损伤和认知功能下降起到预防和治疗的效果[15]。
2022年1月5日，Wayne Chen教授实验室在阿兹海默症专业期刊《Alzheimer’s & Dementia, the Journal of the Alzheimer’s Association》上发表了题为“Increased RyR2 open probability induces neuronal hyperactivity and memory loss with or without Alzheimer’s disease–causing gene mutations”的最新研究成果，表明单纯增加RyR2通道的开放概率，能够在没有Aβ相关基因突变的前提下，诱导出与AD小鼠模型类似的神经元活性增加、小鼠整体兴奋性升高、神经元损伤及学习记忆能力下降等AD相关病理症状。同时，增加RyR2通道开放概率能够使得5xFAD+/-小鼠AD相关症状提前出现。研究提示RyR2活性升高导致的神经元兴奋性增加很可能是FAD与SAD共同的致病机理之一，也为治疗AD提供了一个全新的、非依赖于Aβ的靶点。姚金晶博士为该项工作的第一作者及共同通讯作者。
作者首先构建了带有RyR2-R4496C+/-（RC+/-）突变的转基因小鼠（该突变能够增加RyR2的开放概率），并将该小鼠与表达钙敏感荧光蛋白（GCaMP6f）的转基因小鼠Thy-1 GCaMP6f+/-进行杂交。利用活体钙成像技术观测小鼠背侧海马区域CA1锥体神经元的活性。对麻醉状态和清醒状态小鼠的观察记录表明，与野生型（WT）小鼠相比，RC+/-小鼠的神经元活性显著上调（图1）。
图1 RyR2-R4496C+/-突变导致海马CA1神经元兴奋性增加
（图源：Yao J, et al., Alzheimers Dement. 2022）
与此同时，对9-11月龄的RC+/-小鼠进行行为学检测。Barnes迷宫（Barnes maze，BM）实验和新物体识别（novel object recognition，NOR）实验的结果表明，与同月龄的WT小鼠相比，RC+/-小鼠的学习记忆能力显著下降（图2 A-C）。进一步对小鼠急性分离的海马区域脑片电生理记录表明，RC+/-小鼠海马区域CA3-CA1投射形成长时程增强（long-term potentiation，LTP）的能力显著弱于对照组的WT小鼠（图2 D, E）。这些结果表明单纯增加RyR2开放概率，能够导致小鼠海马区域突触环路功能损伤，进而影响小鼠的学习记忆能力。
图2 RyR2-R4496C+/-突变导致小鼠学习记忆能力下降
（图源：Yao J, et al., Alzheimers Dement. 2022）
而通过高尔基染色和尼氏染色对海马区域神经元进行数量和形态检测发现，RC+/-小鼠出现了与AD小鼠类似的CA1神经元树突小棘密度下降（图3 A），海马下托体（subiculum）区域神经元数量减少的现象（图3 B, C）。因此，尽管RC+/-小鼠并不携带有与Aβ相关的基因突变，却能出现与AD模型小鼠类似的神经元兴奋性上升，神经元损伤和学习记忆能力下降等AD相关的病理现象。
图3 RyR2-R4496C+/-突变导致小鼠神经元损伤
（图源：Yao J, et al., Alzheimers Dement. 2022）
除上述研究外，为了进一步确认增加RyR2的开放概率是否对AD模型小鼠也有类似的效果，研究人员将RC+/-小鼠与5xFAD+/-小鼠进行了杂交。通过电生理记录、行为学检测以及在体钙成像记录表明，RC+/-突变能够使得5xFAD+/-小鼠与AD相关的神经元兴奋性上升，学习记忆能力下降等病理现象提前出现（图4）。
图4 RyR2-R4496C+/-突变导致5xFAD+/-小鼠提前出现学习记忆能力损伤
（图源：Yao J, et al., Alzheimers Dement. 2022）
原文链接：https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/alz.12543
加拿大卡尔加里大学研究助理姚金晶博士（左）为本文第一作者及共同通讯作者，Wayne Chen教授（右）为通讯作者。沈阳药科大学刘亚婧教授，昆明科技大学孙博教授，卡尔加里大学占小琴博士，研究助理John Estillore，Ray Turner教授对文章做出重要贡献。本项研究受加拿大健康研究院（CIHR）经费支持。
（照片提供自Wayne Chen实验室）
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制版︱王思珍
本文完