脑深部电刺激治疗阿尔茨海默病的靶点优化及作用机制研究

Alzheimer's disease(AD) is a chronic disorder seriously threatens the health of the elderly. With an aging society, China is facing a rapid boom in the population of AD patients. Since the effects of pharmacological therapies are not favorable, new treatment modalities are expected. Deep brain stimulation(DBS) is a new technique in the field of stereotactic and functional neurosurgery, which modulates the functions of the central nervous network by continuous high-frequency stimulation. Some studies have demonstrated that DBS was a potentially effective treatment modality for AD. However, there were several problems in the relavent animal studies: the animals received DBS were not AD models, the optimal stimulating target was unexplored and the mechanisms were unknown. The present study is proposed to bilaterlly inject the β-Amyloid protein(Aβ)into the hippocampaus of rats to establish AD models, and observe the effects of DBS on spatial memory after chronic stimulation of forniceal area, anterior thalamic nucleus and entorhinal area to explore the optimal stimulating target; and observe the effects of DBS on metabolic and pathological (tau hyperphosphorylation, deterioration of cholinergic neurons,impairment of neurogenesis and ultrastructure disorders) changes induced by Aβ injection in hippocapal structures.Based on those above-mentioned experiments, this study is to explore the potential mechanisms of DBS for AD, and provide basic evidences for clinical application.

阿尔茨海默病（AD）是严重威胁老年人群健康的慢性疾病，我国AD患病人数随着老龄化进程的加速而迅速上升。目前药物治疗AD的效果欠佳，因此迫切需要新的治疗措施。脑深部电刺激（DBS）是功能神经外科领域发展的前沿技术，通过持续高频电刺激从而调整神经网络功能。有研究表明该手术有望成为治疗AD的新方法，但目前相关的动物研究的缺陷在于：研究对象并非为AD动物模型，最佳刺激靶点不确定以及作用机制不详。本研究拟以β-淀粉样蛋白（Aβ）双侧海马注射建立AD大鼠模型，慢性电刺激穹窿、丘脑前核和内嗅区后对比不同靶点刺激对大鼠空间记忆力的改善来确定最佳靶点；并对最佳靶点行慢性电刺激后观察DBS对Aβ注射所致海马病理改变（tau蛋白的异常磷酸化、胆碱能神经元的破坏、齿状回神经发生障碍和海马超微结构改变）的作用以及对大鼠脑糖代谢的影响，进一步揭示DBS在治疗AD上的可能作用机制，为临床应用提供理论依据。

阿尔茨海默病（AD）是常见的神经系统退行性疾病。脑深部电刺激（DBS）是一种非切除性、可逆、可调节的治疗方式。目前DBS治疗AD相关研究所涉及的核团包括丘脑前核（anterior nucleus of thalamus, ANT）、内嗅区皮层（entorhinal cortex, EC）和穹窿（fornix, FX）。本研究通过建立Aβ1-42 诱导AD大鼠模型，进行ANT、EC和FX的DBS，首先探讨各个靶点对行为学影响的差异，筛选更具有改善记忆功能优势的刺激靶点，而后研究DBS对神经元增殖相关信号通路的影响，最后应用老龄小鼠FX-DBS的同时进行海马微透析，检测FX-DBS对海马葡萄糖代谢及谷氨酸释放的影响。. 在Morris水迷宫实验中，ANT、EC和FX DBS分别延长了大鼠位于站台的时间、增加了穿过站台的次数并提高了位于站台所在象限时间的百分比，其中EC和FX DBS的效果更为显著。在新物体识别实验中，EC和FX DBS延长了大鼠对新物体的探索时间，提高了大鼠的认知指数。在旷场实验中，各个靶点DBS均未引起过度运动和焦虑的行为学副反应。qPCR结果提示ANT和EC DBS下调了BMP4并上调了Noggin的基因表达水平，而FX对于BMP4/Noggin没有影响。ANT和EC DBS上调了Wnt3配体及下游靶蛋白NeuroD1和CyclinD1的基因表达水平，同时下调了Wnt信号通路抑制因子sFRP3和DKK1的基因表达水平。FX-DBS对于Wnt信号通路没有显著影响。小鼠微透析实验观察到FX-DBS减少了海马乳酸的生成，并且降低了乳酸/葡萄糖、乳酸/丙酮酸的比值，显著降低了海马谷氨酸的释放。. 本研究提示ANT、EC和FX均可以不同程度的改善空间记忆功能，EC和FX的效果更为显著。另外，EC和FX DBS可以改善认知记忆功能。ANT、EC和FX DBS均不会引起过度运动和焦虑状态的刺激相关不良反应。BMP4/Noggin和Wnt信号通路参与ANT和EC DBS治疗AD大鼠的机制之中，其可能与DBS诱导神经元增殖有关。FX-DBS能降低海马无氧糖酵解、提高葡萄糖的利用效率可能是改善记忆的另一机制。研究成果从海马神经元新生相关分子改变以及葡萄糖代谢两个方面阐明DBS改善AD动物模型记忆功能的相关机制，具有较高的理论指导价值。