《Neuron》：Selectively vulnerable deep cortical layer 5/6 fast-spiking interneurons in Alzheimer’s disease models in vivo
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這篇研究聚焦阿爾茨海默�。ˋD），利用小鼠模型，發現大腦皮層 5/6 層的小白蛋白（PV）陽性快閃中間神經元（FSIs）在 AD 早期存在選擇性損傷。這種損傷與神經元五聚素 2（NPTX2）和 GluA4 減少有關，NPTX2 過表達可改善相關功能，為 AD 治療提供新方向。
研究背景
阿爾茨海默�。ˋD）以大腦新皮層中 β- 淀粉樣蛋白（Aβ）積累為特征，在神經元丟失和認知能力下降之前，Aβ 就已開始積累多年至數十年。雖然 Aβ 斑塊和神經元丟失發生在所有新皮層層，但在 AD 初始階段，特定層和神經元細胞類型是否存在選擇性易損性尚不明確。新皮層由六層組成，各層具有獨特的形態細胞類型、連接模式、發育起源和基因表達譜。此前研究表明，淺層皮層在 AD 早期可能較為脆弱，但對于 Aβ 對深層皮層的功能影響卻知之甚少。由于從更深的腦區獲取細胞水平的神經生理信號存在技術挑戰，且各皮層層功能和連接不同，不能簡單將淺層的研究結果推廣到深層。深層皮層具有較高的自發 firing 率和獨特的結構、轉錄組及生理特征，因此研究其對 Aβ 的易感性具有重要意義。
實驗方法
- 動物模型：研究使用了兩種 AD 小鼠模型，即 APPswe/PS1ΔE9（APP/PS1）和 AppNL-G-F敲入小鼠，同時以年齡匹配的野生型（WT）小鼠作為對照。這些小鼠均在特定的飼養條件下繁殖和飼養，實驗遵循相關動物實驗法規和倫理準則。
- 實驗技術
- 體內雙光子 Ca2+成像：通過病毒表達紅色移位的 Ca2+指示劑 jRCaMP1b，在 3 月齡的 APP/PS1、AppNL-G-F和 WT 小鼠的初級視覺皮層（V1）的 L2/3 和 L5 神經元中，監測自發神經元活動。成像在輕度異氟烷麻醉下進行，以與先前研究保持可比性。
- Neuropixels 記錄：在 V1 的所有層進行 Neuropixels 記錄，以評估神經元的放電情況。實驗分為麻醉和清醒狀態下的記錄，通過對放電波形的分析，區分出假定的規則放電（RS）興奮性神經元和 FSIs。
- 免疫組織化學分析：對 APP/PS1 和 WT 小鼠的皮層 L2/3 和 L5/6 進行免疫組織化學分析，檢測 NPTX2、GluA4 等蛋白的表達水平，以及興奮性突觸密度的變化。
- AAV 介導的基因過表達：通過腺相關病毒（AAV）介導，在 3 月齡 APP/PS1 小鼠的 V1 皮層興奮性神經元中過表達 NPTX2，以觀察其對神經元功能的影響。
實驗結果
- 深層皮層神經元的早期功能脆弱性：在 APP/PS1 和 AppNL-G-F小鼠中，3 月齡時，在大量斑塊形成之前，L5 神經元就表現出異常延長的 Ca2+瞬變，而 L2/3 神經元則沒有這種現象。這種變化不是由于 Aβ 在 L5 層更早沉積導致的，因為 Aβ 染色顯示深層和淺層之間在斑塊的起始和分布上沒有差異。
- L5/6 FSIs 的放電減少：Neuropixels 記錄顯示，APP/PS1 小鼠 L5/6 層的 FSIs 放電率顯著降低，而 L2 - 4 層的 FSIs 放電率沒有明顯變化。在 AppNL-G-F小鼠中也觀察到類似現象，且這種變化不是由行為差異引起的。
- L5/6 FSIs 的視覺調諧受損：在 APP/PS1 小鼠中，L5/6 層的 FSIs 對視覺刺激的方向和方向選擇性異常增加，即對特定方向和方向的調諧比正常情況更明顯，同時對非偏好方向的反應減少。這種增加的調諧與自發放電的抑制相關。
- L5/6 興奮性神經元的 bursting 增加：盡管 APP/PS1 小鼠 L5/6 層的 RS 興奮性神經元在休息時的平均放電率與 WT 小鼠相當，但在跑步時，其放電率會顯著降低。同時，APP/PS1 小鼠 L5/6 層的 RS 興奮性神經元的 bursting（定義為兩個或更多間隔小于 10ms 的動作電位）增加，而 L2 - 4 層則沒有這種變化。
- L5/6 特異性的 GluA4 和 NPTX2 減少：免疫組織化學分析表明，APP/PS1 小鼠 L5/6 層的興奮性神經元中 NPTX2 表達顯著降低，PV interneurons 中 GluA4 表達也相應減少，同時 L5/6 層 PV interneurons 上的興奮性突觸密度降低約 70%，而 L2/3 層沒有這些變化。
- AAV 誘導的 NPTX2 過表達的影響：在 APP/PS1 小鼠中，AAV 介導的 NPTX2 過表達顯著增加了 L5/6 層 PV interneurons 上的興奮性突觸數量，同時增加了 FSIs 的放電活動，減少了 RS 興奮性神經元的 bursting。
研究結論
研究表明，在 AD 小鼠模型中，大腦皮層 L5/6 層的 PV-FSIs 在疾病早期存在選擇性損傷，這種損傷與 NPTX2 和 GluA4 的減少有關。NPTX2 過表達可以糾正這些異常，為 AD 的治療提供了潛在的靶點。這一發現不僅有助于深入理解 AD 的發病機制，還為開發針對 AD 早期神經生理缺陷的治療策略提供了新的方向。未來的研究可以進一步探索如何通過調節 NPTX2 和 GluA4 等相關分子，來改善 AD 患者的神經功能，延緩疾病的進展。
