α-酮戊二酸钙通过激活自噬和突触可塑性改善APP/PS1阿尔茨海默病模型小鼠认知功能

本研究发现α-酮戊二酸钙（CaAKG）通过增强自噬活性、依赖L型钙通道（LTCC）和钙渗透性AMPA受体（CP-AMPAR）的NMDAR非依赖性机制，显著改善APP/PS1阿尔茨海默病（AD）模型小鼠海马突触可塑性缺陷。研究还揭示CaAKG对雌性AD小鼠作用更显著，且能恢复突触标记与捕获（STC）功能，为AD治疗提供了新型抗衰老策略靶点。

　　

引言

阿尔茨海默病（AD）是一种以进行性认知功能衰退为特征的神经退行性疾病，其病理标志包括β淀粉样蛋白（Aβ）沉积和神经纤维缠结。近年研究发现，三羧酸循环（TCA）关键代谢物α-酮戊二酸（AKG）在多种动物模型中可延长寿命并改善健康状态，但其在AD中的神经保护作用尚不明确。本研究聚焦AKG的钙衍生物CaAKG，探究其对AD模型小鼠突触可塑性的影响及机制。

材料与方法

研究使用4-5月龄APP/PS1转基因AD模型小鼠（表达突变型人源淀粉样前体蛋白APP和早老素1 PS1），通过离体海马脑片电生理记录分析长时程增强（LTP）现象。实验采用双通路刺激策略，分别激活海马CA1区Schaffer侧支通路两个独立突触输入（S1和S2），记录场兴奋性突触后电位（fEPSP）。强直刺激（STET）用于诱导晚期LTP，弱直刺激（WTET）用于诱导早期LTP。药理实验使用NMDAR拮抗剂AP-5、LTCC阻断剂硝苯地平、CP-AMPAR抑制剂IEM-1460及mTOR抑制剂雷帕霉素。Western blot检测自噬标志蛋白LC3-II表达。

结果

CaAKG显著改善AD小鼠LTP且存在性别差异

在野生型（WT）小鼠中，CaAKG处理可维持LTP达4小时。在APP/PS1小鼠中，CaAKG处理成功挽救受损的LTP，且雌性AD小鼠的改善程度显著高于雄性（p<0.05）。比较发现，雌性AD小鼠在CaAKG处理后1分钟即出现显著电位增强，而雄性需120分钟才显现效果。AKG单独处理虽也能恢复LTP，但无钙离子参与时效果较弱。

CaAKG通过NMDAR非依赖性机制发挥作用

NMDAR拮抗剂AP-5处理未能阻断CaAKG介导的LTP恢复，表明其作用不依赖NMDAR激活。然而，LTCC阻断剂硝苯地平可完全抑制CaAKG在AD小鼠中的效应，说明CaAKG依赖LTCC介导的钙内流途径。

CP-AMPAR参与CaAKG的神经保护作用

CP-AMPAR抑制剂IEM-1460处理可阻断CaAKG对AD小鼠LTP的挽救作用，但不影响WT小鼠LTP。这表明CaAKG可能通过促进CP-AMPAR的突触定位或功能增强突触传递。

雷帕霉素通过增强自噬挽救突触缺陷

mTOR抑制剂雷帕霉素处理可恢复AD小鼠LTP，但在WT小鼠中反而阻断LTP维持。Western blot分析显示，CaAKG处理显著提升AD小鼠脑片LC3-II水平（p=0.0152），表明自噬活性增强。雷帕霉素与CaAKG联用可协同增强AD小鼠LTP，提示两者通过共同调控自噬通路发挥作用。

CaAKG恢复突触标记与捕获（STC）功能

在"强刺激先于弱刺激"范式下，AD小鼠的STC功能受损（弱刺激无法转化为晚期LTP）。CaAKG处理不仅恢复STC功能，还能将AD小鼠的早期LTP转化为持续4小时的晚期LTP，表明其可增强关联性记忆的细胞基础。

讨论

本研究首次揭示CaAKG通过多重机制改善AD突触可塑性：

1. 1.

   依赖LTCC和CP-AMPAR的钙信号途径，绕过NMDAR过度激活导致的兴奋毒性；

2. 2.

   增强自噬活性，清除异常蛋白沉积；

3. 3.

   显著改善雌性AD小鼠表型，可能与雌激素抗炎协同效应相关；

4. 4.

   恢复STC功能，为关联记忆障碍提供治疗策略。

   CaAKG作为内源性代谢物，具有高生物利用度和血脑屏障穿透性，具备临床转化潜力。未来需进一步研究其长期口服给药的行为学效应及分子调控网络。

研究局限性

当前离体研究未验证体内给药效果及行为学关联。外源性CaAKG与内源性AKG作用的差异性仍需深入探究。后续研究将通过口服给药结合行为学分析，全面评估其治疗潜力。