揭秘阿尔茨海默病性别差异之谜： retrosplenial cortex 中 PVINs的关键作用

阿尔茨海默病（AD）缺乏有效治疗手段，早期认知障碍与 retrosplenial cortex（RSC）代谢和功能连接受损相关。研究人员以 5xFAD 小鼠为模型开展研究，发现 RSC 中 parvalbumin interneurons（PVINs）存在性别差异，或可作为治疗靶点，为 AD 治疗带来新方向。

　　阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种令人谈之色变的神经退行性疾病，如同大脑中的 “橡皮擦”，无情地抹去患者的记忆和认知能力。目前，AD 仍然是医学领域的一大难题，既没有治愈的方法，也缺乏有效的治疗手段。在 AD 的早期阶段，患者大脑中一些细微却关键的变化悄然发生，其中 retrosplenial cortex（RSC，后扣带回皮质）的代谢和功能连接受损尤为明显，这一变化与未来认知障碍的出现密切相关，就像一个隐藏在黑暗中的信号，预示着疾病的发展。然而，长期以来，人们对 RSC 中这些变化的具体机制知之甚少，这也使得早期诊断和干预 AD 变得困难重重。为了揭开这层面纱，来自国外研究机构的研究人员勇敢地踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为 AD 的研究带来了新的曙光。

研究人员为了深入探究 AD 相关问题，运用了多种关键技术方法。在动物实验方面，使用 5xFAD 小鼠模型模拟 AD 发病过程；通过空间转录组学、单细胞转录组学等技术分析基因表达变化；借助全细胞膜片钳电生理学技术记录神经元电活动；利用体内钙成像技术监测神经元活动；采用化学遗传学技术调控神经元功能。在人体研究方面，分析 ADNI（Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative）数据库中的神经影像学数据，并对人类死后 RSC 组织进行研究。

研究结果如下：

1. 早期性别依赖性 RSC 活动破坏：6 个月大的 5xFAD 小鼠 RSC 出现代谢活动紊乱，雌性小鼠 RSC 表现出低代谢和神经元活动增加，而雄性小鼠无此现象，但两者淀粉样蛋白病理相似。
2. 雌性 5xFAD 小鼠 RSC 中 PV_INs相关基因下调：通过空间转录组学发现，雌性 6 个月大的 5xFAD 小鼠 RSC 中，与 PV_INs相关的基因如Pvalb、Syt2等显著下调，提示 PV_INs可能受损。
3. RSC 中 PV 表达的早期性别依赖性丧失：免疫组化显示，6 个月大的雌性 5xFAD 小鼠 RSC 中 PV_INs显著减少，雄性无差异；12 个月大时，两性小鼠多个脑区均出现 PV_INs丧失，但雌性 RSC 中 PV_INs丧失更早。且雌性 5xFAD 小鼠 RSC 中 PV_INs的减少并非由神经元普遍死亡导致，也不能完全由 PV 表达下调解释。
4. 雌性 5xFAD 小鼠 RSC 中 PV_INs突触前接触减少：Xenium 转录组学和免疫组化表明，雌性 5xFAD 小鼠 RSC 中，PV_INs的突触前标记物 Syt2 蛋白标记密度显著降低，其与 CaMKII 神经元和 PV_INs细胞体的突触前接触减少。
5. PV 表达受损是 AD 的一个因素的验证：在 TgCRND8 模型中也观察到雌性小鼠早期 PV_INs丧失；对人类 AD 患者死后 RSC 组织分析发现，患者 RSC 中 PV_INs显著减少，且女性患者剩余的 PV_INs比男性患者更少。
6. 空间转录组学显示雌性 PV_INs更易受损：细胞类型特异性空间转录组学分析表明，6 个月大的雌性 5xFAD 小鼠 PV_INs中差异表达基因更多，涉及细胞防御、突触修剪、淀粉样蛋白 -β 清除、GABA 信号传导和钾离子运输等过程的基因表达改变，说明雌性 PV_INs在早期更易受损。
7. 雌性 5xFAD 小鼠 RSC 中 PV_INs抑制控制减弱：全细胞膜片钳电生理学显示，6 个月大的雌性 5xFAD 小鼠 RSC 锥体神经元兴奋性增加，自发抑制性突触后电流（sIPSC）幅度减小；PV_INs活动受损，且存在两种不同活动模式的 PV_INs群体。
8. 雌性 5xFAD 小鼠体内 RSC PV_INs活动受损：通过纤维光度法和头戴式显微镜进行体内钙成像，发现雌性 5xFAD 小鼠在 Y 迷宫任务中，RSC PV_INs群体和单个细胞活动均受损，表现为识别记忆受损，钙活动信号减弱。
9. 5xFAD 小鼠和 AD 患者中 RSC 功能连接的性别依赖性破坏：对 5xFAD 小鼠研究发现，雌性小鼠 RSC 与其他脑区的反相关活动增加，局部效率降低；分析 ADNI 数据库的静息态功能磁共振成像（rsfMRI）数据表明，AD 患者中 RSC 功能连接也存在性别和疾病阶段特异性变化，雌性患者 RSC 反相关活动增加出现得更早。
10. 化学遗传学抑制 PV_INs重现 AD 损伤：在健康 WT 小鼠 RSC 中化学遗传学抑制 PV_INs，导致学习和记忆受损，RSC 反相关功能连接增加，与 5xFAD 小鼠的缺陷相似。
11. 刺激 RSC PV_INs逆转雌性 5xFAD 小鼠的认知缺陷：在 6 个月大的雌性 5xFAD 小鼠 RSC 中化学遗传学刺激 PV_INs，可改善其在 Y 迷宫和情境恐惧条件反射任务中的认知行为，减少 RSC 整体的过度兴奋性。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次详细描述了 AD 中 RSC 的病理变化及其对认知功能的影响。RSC 中的 PV_INs在维持健康认知功能中起着关键作用，且在 AD 中，尤其是雌性中，具有独特的早期易损性。化学遗传学实验表明，调节 PV_INs的功能可以改善认知表现，这为 AD 的治疗提供了一个有前景的干预靶点。此外，研究还揭示了 AD 进展中的性别差异，为进一步理解 AD 的发病机制和开发个性化治疗策略提供了重要依据。总之，这项研究成果为 AD 的研究和治疗开辟了新的方向，有望为众多 AD 患者带来新的希望。