《Hearing Research》：Impaired Prepulse Inhibition in APP/PS1 Mice Is Accompanied by Substantial Morphological Changes in Neurons of the Central Auditory System and Hippocampus
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阿尔茨海默病（AD）模型APP/PS1小鼠听觉功能与神经元形态研究显示，其ABR阈值正常但 Prepulse抑制（PPI）在4、12、20kHz显著受损，伴随高敏感性行为。形态学分析发现中脑及边缘系统（IC、MGB、AC、海马CA1）神经元树突分支减少、突触密度降低及复杂度下降，提示中枢听觉通路及海马结构在AD早期存在神经退行性病变，为AD早期生物标志物研究提供新证据。
Jana Svobodová Burianová | Daniela ?ernotová | Tereza Klausová | Oliver Profant | Jakub Fuksa | Josef Syka | Jan Svoboda
捷克科学院实验医学研究所听觉神经科学系，Vídeňská 1083，布拉格4 142 00，捷克共和国
摘要
听觉功能障碍越来越多地被认为是阿尔茨海默病（AD）的一种非认知特征。我们研究了APPswe/PSEN1dE9（APP/PS1）转基因小鼠的听觉处理能力和神经元形态，这种小鼠是AD的模型。对10个月大的雄性APP/PS1小鼠和野生型（WT）小鼠进行了听觉阈值测试，使用了听觉脑干反应（ABR）以及声学惊跳反射的前脉冲抑制（PPI）来评估感觉运动门控功能。
在测试的频率范围内（2–16 kHz），两组小鼠的ABR阈值没有差异，表明其外周听觉功能正常。相比之下，APP/PS1小鼠在4、12和20 kHz的前脉冲下表现出显著的PPI受损，并对高强度刺激表现出过度的惊跳反应。在开放场地和 elevated plus 迷宫实验中，两组小鼠的探索行为和类似焦虑的行为没有差异。Golgi–Cox 染色的神经元形态分析显示，下丘脑、内侧膝状体和听觉皮层以及海马CA1区存在广泛的树突病变。与WT小鼠相比，APP/PS1小鼠的树突较短，分支较少，棘突密度较低，Sholl分析显示树突复杂性明显降低。
这些发现表明，APP/PS1小鼠的感觉运动门控缺陷伴随着中枢听觉和海马回路的退化；然而，也不能排除外周退化的影响。这些数据突显了该AD模型中听觉中脑和丘脑结构的脆弱性，并暗示听觉通路中的树突改变可能导致中枢听觉功能障碍，并可能作为疾病的潜在早期生物标志物。
引言
阿尔茨海默病（AD）不仅表现为进行性的认知衰退，还伴有各种非认知症状，包括听觉功能障碍。APPswe/PSEN1dE9（APP/PS1）小鼠模型在4–6个月大时就会出现淀粉样蛋白沉积，伴随神经元和树突的改变（Jankowsky等人，2001年）以及脊髓运动神经元的变化（Garcia-Alloza等人，2006年）。这些小鼠的听觉皮层（AC）诱发电位幅度降低，且早在2个月大时就开始出现淀粉样前体蛋白（APP）的积累（Mei等人，2021年）。然而，关于APP/PS1小鼠听觉阈值的报道并不一致：一些研究描述了进行性的听力损失（Liu等人，2020年），而另一些研究则未发现显著损伤（Na等人，2023年）。
声学惊跳反应的前脉冲抑制（PPI）是评估听觉系统完整性和感觉运动协调性的敏感指标。惊跳反应由涉及听觉神经、耳蜗根神经元、桥脑尾侧网状结构和脊髓运动神经元的神经回路介导，是身体对突然强烈声刺激的运动反应。当先前的刺激是听觉刺激时，下丘脑也会参与这种反应的调节（参见Lauer等人，2017年；Goméz-Nieto等人，2020年的综述）。PPI的降低反映了感觉运动门控功能的受损，而这种功能通常可以抑制对显著刺激的过度行为反应。海马和内嗅皮层在调节PPI中也起着关键作用。Wang等人（2012年）报告称，7个月和22个月大的APP/PS1小鼠的PPI降低，而两组小鼠对单独脉冲刺激的惊跳反应相似。相比之下，Ewers等人（2006年）仅在皮质中淀粉样蛋白负荷较高的APP/PS1小鼠中发现了PPI降低。这些差异促使我们研究APP/PS1小鼠的PPI是否始终存在改变。
对APP/PS1小鼠的形态学分析显示了老年斑和脑淀粉样血管病的存在（Garcia-Alloza等人，2006年）。后续研究还观察到这些动物的神经元肿胀、树突棘突丢失以及树突面积减少（Moolman等人，2004年）。对齿状回棘突的三维分析进一步显示，即使在无斑块区域，大棘突的频率也显著降低（Knafo等人，2009年）。尽管有这些观察结果，但目前尚无系统性的研究专门探讨APP/PS1小鼠的树突形态，尤其是在中枢听觉结构中。鉴于该模型听觉系统的功能变化，我们假设下丘脑（IC）、内侧膝状体（MGB）和听觉皮层（AC）以及海马也可能存在结构改变。与此假设一致的是，我们发现这些区域的树突分支明显减少，同时感觉运动整合能力受损，表现为PPI降低。此外，还在开放场地和 elevated plus 迷宫中评估了探索行为和类似焦虑的行为作为补充的非听觉任务。
章节片段
动物
APPswe/PSEN1dE9（APP/PS1）转基因小鼠作为半合子维持，并与C57BL/6J × C3H野生型小鼠杂交以产生实验动物。APP/PS1后代各携带一个APPswe和PSEN1dE9转基因拷贝，而野生型小鼠则不携带这两个转基因，作为对照组。通过基因分型确定同时携带两个突变等位基因（APPswe和PSEN1dE9）的个体为APP/PS1小鼠，不携带这些基因的个体为野生型（WT）小鼠。
开放场地和 elevated plus 迷宫
使用非配对t检验的行为分析显示，APP/PS1组和WT组在所有测量参数上没有显著差异（图1）。在开放场地测试中，APP/PS1小鼠（1595 ± 679.9 cm）和WT小鼠（1563 ± 332.9 cm）的总行走距离相当，无显著差异（t?? = 0.14，p = 0.894）。在中心区域停留的时间也无显著差异（APP/PS1小鼠为139.1 ± 67.68 s，WT小鼠为150.5 ± 45.5 s，t?? = 0.44）。
讨论
我们对10个月大的APP/PS1小鼠的听觉功能及相关神经元形态进行了系统评估。2–16 kHz范围内的ABR阈值与野生型对照组相当，波形潜伏期和峰值间隔仅在16 kHz处有轻微的非显著性延长。相比之下，声学惊跳反射的前脉冲抑制显著降低，形态测量分析显示下丘脑和内侧膝状体存在广泛的树突退化。
作者贡献声明
Jana Svobodová Burianová：概念构思、方法学设计、数据分析、项目管理、初稿撰写、可视化。
Daniela ?ernotováTereza KlausováOliver ProfantJakub FuksaJosef SykaJan Svoboda
作者贡献声明
Jana Svobodová Burianová：初稿撰写、可视化、项目管理、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构思。
Daniela ?ernotová：数据可视化、实验研究、数据分析。
Tereza Klausová：实验研究。
Oliver Profant：实验研究、数据分析。
Jakub Fuksa：实验研究、数据分析。
Josef Syka：初稿撰写、资金获取、概念构思。
Jan Svoboda：初稿撰写、可视化。
