星形胶质细胞昼夜节律紊乱在阿尔茨海默病海马能量代谢失调中的关键作用

《Scientific Reports》：Glial cells are involved in day–night protein dysregulation in the hippocampus of a mouse model of Alzheimer’s disease

本研究针对阿尔茨海默病（AD）早期海马区昼夜节律紊乱机制，通过比较7月龄野生型与3xTgAD小鼠海马蛋白质组在ZT2与ZT14时间点的差异表达。研究发现AD模型小鼠昼夜差异表达蛋白减少逾50%，且线粒体电子传递链（ETC）复合体I相关蛋白在ZT2显著下调，提示星形胶质细胞代谢昼夜调控障碍可能是AD早期海马功能紊乱的关键因素。该发现为AD时间治疗学策略提供了新靶点。

　　

当夜幕降临，大脑中的海马体——这个负责记忆与认知的关键区域，依然在默默工作。如同人体其他器官，海马功能也受到生物钟的精密调控，其蛋白质表达呈现明显的昼夜波动。然而在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）中，这种精密的昼夜节律如何被破坏，却一直是科学界未解的谜题。更令人困惑的是，作为神经细胞重要支持者的胶质细胞，特别是星形胶质细胞（astrocytes），在这种节律紊乱中扮演着什么角色？这个问题对于理解AD早期病理机制至关重要。

近日发表于《Scientific Reports》的一项研究揭开了这一谜题的关键部分。由瑞士日内瓦大学Aurélien M. Badina领衔的国际团队发现，在AD模型小鼠的海马区，星形胶质细胞的昼夜节律调控能力出现严重紊乱，导致线粒体能量代谢异常，这可能是AD早期认知功能障碍的重要推手。

研究团队采用蛋白质组学技术，对7月龄野生型和3xTgAD小鼠海马组织进行时间分辨蛋白质分析。选择ZT2（光照期开始后2小时）和ZT14（黑暗期开始后2小时）这两个代表动物休息与活动阶段转换的关键时间点，使研究能精准捕捉蛋白质表达的昼夜差异。通过液相色谱-质谱联用技术进行蛋白质鉴定和定量，结合生物信息学分析揭示差异表达蛋白的功能聚类和细胞类型特异性。

蛋白质表达昼夜节律的显著减弱

在野生型小鼠中，8%的海马蛋白（199/2460）呈现显著的昼夜表达差异，这些蛋白主要参与能量代谢和神经胶质功能。而在3xTgAD小鼠中，这一比例骤降至3.6%，且仅有5个蛋白与野生型共享昼夜节律特征。热图和火山图清晰展示了AD模型小鼠蛋白质昼夜振荡幅度的急剧减弱，表明海马昼夜节律系统的严重失调。

基因型间差异表达蛋白的昼夜依赖性

在ZT2时间点，3xTgAD小鼠相比野生型有246个差异表达蛋白，而到ZT14时差异蛋白数降至139个。功能富集分析显示，这些蛋白显著富集于线粒体功能、氧化磷酸化和ATP合成等通路。特别值得注意的是，星形胶质细胞相关蛋白的紊乱在ZT2最为明显，提示AD早期海马功能障碍具有时间特异性。

线粒体电子传递链复合体I的显著紊乱

DAVID功能注释聚类分析识别出四个核心功能模块，其中富集程度最高的是线粒体靶向与定位相关蛋白。进一步蛋白质互作网络分析揭示，25个蛋白构成的关键模块与氧化磷酸化和复合体I生物发生直接相关。这18个蛋白直接参与电子传递链复合体I、III和IV的组装与功能，其中10个在ZT2时间点的3xTgAD小鼠中表达显著下调。

星形胶质细胞的特异性受累

细胞类型特异性分析显示，星形胶质细胞相关蛋白的昼夜节律紊乱最为突出——在野生型中有11个星形胶质细胞特异性蛋白呈现昼夜波动，而在3xTgAD小鼠中仅剩3个，减少幅度达75%。与此相比，神经元和少突胶质细胞相关蛋白的节律性减少约50%，小胶质细胞相关蛋白则完全丧失节律性。这一发现将星形胶质细胞推到了AD昼夜节律紊乱研究的中心舞台。

研究表明，AD早期海马功能障碍具有明显的时间依赖性，主要表现为线粒体能量代谢调节异常，特别是电子传递链复合体I相关蛋白在ZT2时间点的特异性下调。这种节律紊乱在星形胶质细胞中尤为显著，可能导致ATP生成失调和活性氧积累，进而影响海马功能。该研究不仅揭示了生物钟紊乱与AD病理进展的新联系，更强调了时间因素在AD基础研究与治疗开发中的关键意义——未来针对星形胶质细胞代谢节律的时序性干预，或许能为AD治疗开辟新的道路。