神经元A2A受体加剧APP/PS1小鼠的突触丧失和记忆缺陷
a2a腺苷受体加剧app/ps1小鼠的突触损失和记忆缺陷
阿尔茨海默病(AD)是一种与认知能力逐渐下降相关的神经退行性疾病，其特征包括细胞外β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块的沉积和神经元内过度磷酸化的tau蛋白的聚集。某些流行病学研究表明，咖啡因摄入与年龄相关认知障碍和随后AD的发病风险呈负相关。咖啡因被认为是保护性的，其作用机制可能是通过阻断腺苷a2a受体(a2AR)，这种受体在AD患者大脑中的表达有所增加。本文旨在进入了解早期a2AR在AD病理发展中的作用机制，尤其关注其在突触和记忆缺陷方面的影响。
研究背景及来源
本研究由Victoria Gomez-Murcia、Agathe Launay等多位学者共同完成，隶属多个法国和瑞士的神经科学研究机构，例如UMR-S1172 Lille Neuroscience & Cognition团队和Laboratoire de Neuroscience Cognitives et Adaptatives团队。研究发表于2024年7月5日的《Brain》期刊，研究目的是探讨a2AR在AD模型小鼠中的影响。
研究流程及实验方法
动物模型
研究中使用了Appswe/PS1de9异基因小鼠（简称app/ps1），这些小鼠在3个月龄时进行双侧海马区域注射，使用AAV2/5病毒载体，使得小鼠在hippocampus中过表达a2AR。研究采用了四种基因型小鼠：野生型(WT)、a2AR上调小鼠、app/ps1小鼠和app/ps1 a2AR上调小鼠。所有小鼠均在普通实验室条件下饲养，提供充足的食物和水。
行为学分析
在5至6个月龄时，通过各种行为实验（如Y迷宫和Barnes迷宫）对小鼠进行空间记忆测试。研究发现，尽管WT、a2AR和app/ps1小鼠表现出正常的空间记忆能力，app/ps1 a2AR小鼠在6个月龄时表现出显著的空间记忆缺陷，表明早期a2AR上调加剧了app/ps1小鼠的行为障碍。
组织样品的处理
小鼠在6个月龄时被麻醉并心脏灌流，然后进行脑组织切片及冷冻保存，以便于后续的生化和mRNA分析。为了研究营养病理学的影响，小鼠被分为对照组和实验组，其组织样品分别进行免疫组化、西式印迹、透射电镜及蛋白质组学分析。
转录组学和蛋白质组学分析
使用RNA测序分析海马的基因表达变化，借助nano液相色谱-串联质谱技术分析蛋白质表达水平。研究发现，app/ps1和app/ps1 a2AR小鼠存在显著的基因和蛋白质表达差异。app/ps1 a2AR小鼠中表达人群特异变化的基因主要涉及免疫反应和线粒体功能，特别是与突触相关的基因表达显著下调。
主要研究结果
记忆缺陷加剧
通过行为分析，研究发现a2AR在海马中的上调加剧了app/ps1小鼠早期的空间记忆缺陷。这与之前研究中表明a2AR下调可以恢复app/ps1小鼠海马可塑性的结果相呼应。
病理变化
在病理学测试中，a2AR上调并未显著改变app白质（Aβ）的生成和聚集，但显著增加了tau蛋白在淀粉样斑块周围的磷酸化，从而可能解释了突触损失和记忆缺陷的加剧。免疫组化结果显示app/ps1 a2AR小鼠在神经元和非神经元细胞中均出现变化，特别是神经炎症反应增强、兴奋性突触丧失和线粒体功能受损。
分子机制
通过转录组学和蛋白质组学分析，研究揭示了在a2AR上调小鼠中涉及免疫反应和线粒体功能的基因模块显著受到影响。免疫相关基因的上调可能导致突触丧失，从而解释了相关的记忆缺陷。此外，线粒体相关基因的下调可能与能量生成减少及突触结构损失有关。
研究结论及意义
总体而言，本研究提供了确凿的证据，证明神经元中a2AR的功能障碍，与患者大脑中观察到的情况相似，有助于淀粉样蛋白相关的病理变化，表明a2AR可能是缓解这种神经退行性疾病认知障碍的潜在治疗靶点。通过对a2AR的深入研究，未来可能会开发出针对AD早期突触损失的全新治疗策略，从而为患者带来更好的预防和治疗效果。
研究亮点
- 记忆缺陷的加剧：a2AR上调加剧了app/ps1小鼠的空间记忆缺陷，揭示了其在早期认知衰退中的关键作用。
- 病理变化的具体机制：研究详细揭示了免疫反应、突触损失和线粒体功能失调是a2AR上调导致的主要病理变化。
- 潜在治疗靶点：a2AR被强调为AD早期认知障碍的重要治疗靶点，为未来药物开发提供了方向。
本研究还强调了微线粒体及突触变化在AD突触病理学中的关键作用，提醒研究者需要在未来对这些变化机制进行更深入的探讨和临床应用的转化研究。