Aβ沉积对嗅球神经元突触形成障碍的机制探索

嗅觉功能障碍与阿尔茨海默病（AD）密切关联，但对其因果关系和内在机制的研究甚少。申请人的初步结果表明，AD-样转基因模式动物脑中Aβ在嗅觉系统的嗅球的沉积早于海马、内嗅皮层和梨状皮层，并且存在性别差异。神经突触是大脑功能的基础，但在AD患者中大量丢失。所以本项目拟在AD-样转基因模式动物APP/PS1小鼠中，采用免疫组化、Western blot、工具病毒活体标记和激光共聚焦显微镜观察等技术，揭示Aβ沉积在嗅觉系统中的时空模式，研究Aβ对不同性别动物中嗅球神经元突触数目和形态的影响，确定不同类别（谷氨酸能、GABA能和多巴胺能）突触前和突出后的特异性改变时序及程度，为进一步研究AD嗅觉功能障碍机制、揭示嗅觉系统与AD的因果关系奠定前期基础。

阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease, AD），是一种大脑神经退行性疾病，并且众多临床调查表明嗅觉障碍与AD之间有密不可分的关系，但其中机理尚不清晰。本研究在APP/PS1双转基因小鼠的大脑中明确了Aβ沉积在嗅觉系统沉积的时空模式；同时得到了Aβ沉积对嗅觉功能减退的影响及其与认知系统功能病变的时序关系。在APP/PS1双转基因小鼠的大脑中发现的嗅觉系统相关的Aβ沉积的分子生物学现象有两方面：其一，可溶Aβ聚合形式是嗅觉神经系统中Aβ沉积的主要形式，并且，Aβ在嗅觉神经系统中的沉积比认知神经系统更早。Western blot结果表明，1-2月龄时Aβ可溶性聚合物仅出现在嗅上皮；3-4月龄时Aβ可溶性聚合物出现在初级嗅觉神经通路（嗅上皮和嗅小球）；6-7月龄时Aβ可溶性聚合物蔓延至所有的嗅觉皮层，包括前嗅核、梨状皮层、内嗅皮层，以及认知神经中枢海马；9-10月龄，所有检测脑区的Aβ沉积加剧。同时，免疫组化和Thioflavine-S染色结果与Western blot结果的趋势相似，但表现为点状沉积，并且由于其相对更高的分辨率，更早能检测到信号。其二，嗅上皮中OMP蛋白表达量下降可能和Aβ沉积有关，这与嗅上皮从很早期就开始有Aβ沉积相呼应，并且与临床观察到的现象类似。同时，我们通过动物行为学分析了AβPP/PS1双转基因小鼠的嗅觉系统以及认知系统的基本功能，发现AβPP/PS1双转基因小鼠的气味感知能力比空间记忆能力更早出现下降，表现为早在3月龄嗅觉功能障碍即开始出现（气味阈值升高），而水迷宫试验中的空间记忆障碍直到9月龄才出现。早在3月龄即可采用免疫组化方法检测到的嗅上皮、嗅小球、前嗅核以及梨状皮层中的Aβ沉积，与动物行为学分析中的同一年龄段表现出来的嗅觉功能下降相呼应；而9月龄的内嗅皮层和海马的Aβ沉积与同一年龄段表现出的空间记忆障碍也是呼应的。此外，我们还采用电生理的研究方法发现AβPP/PS1双转基因小鼠嗅觉功能障碍还表现为两侧嗅球的响应和同步性均显著下降。本研究暗示了可溶性Aβ沉积在嗅觉神经系统的早期沉积以及早期嗅觉功能障碍可能作为阿尔海默兹病的早期诊断的分子标记。本项目发表SCI论文2篇，其中一篇发表在阿尔海默兹症研究领域的国际权威刊物Journal of Alzheimer’s Disease上；本项目培养博士后1人，博士生3人，硕士生2人。