解析生理与病理 Aβ 对人脑突触的差异作用：开启阿尔茨海默病研究新视角

在阿尔茨海默病（AD）研究中，Aβ 和 tau 病理与突触丢失的关系尚不明确，且缺乏对人脑中内源性蛋白动态及 Aβ 对突触影响的研究。研究人员利用活人脑切片培养（HBSCs）开展相关研究，发现 Aβ1-40和 tau 释放受多种因素影响，且生理与病理 Aβ 对突触作用不同。该研究为 AD 治疗提供新方向。

　　阿尔茨海默病（AD），这个让人谈之色变的神经退行性疾病，如同一个隐匿在大脑深处的 “恶魔”，无情地吞噬着患者的记忆和认知能力。在它的病理特征中，淀粉样 β（Aβ）和 tau 蛋白的异常积累以及突触的大量丢失，成为了阻碍人类攻克这一疾病的重重壁垒。尽管科研人员已经知道 Aβ 和 tau 在模型系统中能引发突触功能障碍，也有针对 Aβ 的抗体能在一定程度上延缓认知衰退，但目前 AD 的研究在转化应用方面却进展缓慢。这主要是因为现有的 AD 模型难以真实地模拟人类大脑的复杂功能，比如寿命、大脑大小、神经元多样性以及评估疾病相关生物标志物的能力等。而且，对健康人脑中内源性蛋白水平的实时分析困难重重，腰椎脑脊液（CSF）检测受多种因素干扰，正电子发射断层扫描（PET）无法检测可溶性蛋白，脑间质液（ISF）采样又具有侵入性，这使得我们对人脑中 Aβ、tau 和其他生物标志物的动态变化知之甚少。同时，了解活突触对 Aβ 实时变化的反应，在人类研究中也是一个巨大的挑战。因此，为了填补这些知识空白，来自英国爱丁堡大学（The University of Edinburgh）等机构的研究人员，开展了一项极具意义的研究。

研究人员利用活人脑切片培养（HBSCs）这一前沿技术，对人脑组织中内源性 Aβ 和 tau 的释放以及其他神经退行性相关生物标志物进行了深入探索。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解 AD 的发病机制和开发新的治疗方法提供了重要线索。

在这项研究中，研究人员用到了多种关键技术方法。首先，他们从脑肿瘤手术患者的剩余非肿瘤新皮质组织获取样本，构建了 HBSCs。然后，运用 ELISA、Luminex? Multiplex Assay 等检测技术，分析培养基中相关蛋白的含量。通过免疫荧光、免疫金电子显微镜、阵列断层扫描等成像技术，观察细胞和组织的形态及蛋白定位情况。利用定量逆转录 PCR（RT-qPCR）检测基因表达水平，还通过全细胞膜片钳记录技术对神经元进行电生理分析，同时进行了 APOE 基因分型等检测。

下面我们来详细看看研究结果。

1. 人脑切片培养物中细胞多样性和功能的保存：研究人员从 42 例患者的脑肿瘤手术剩余组织中制备了切片培养物，这些患者涵盖不同性别和年龄，样本主要来自额叶和颞叶。经过检测发现，在体外培养 7 天（7 div）时，MAP2 和 NeuN 阳性神经元、不同状态的小胶质细胞以及 GFAP 阳性星形胶质细胞等关键细胞类型均得以保存。同时，还能检测到自发突触活动并诱发动作电位，且细胞毒性较低。这表明 HBSCs 在一定时间内能够维持细胞的多样性和功能，为后续研究提供了可靠的实验模型。
2. 患者特征对神经退行性液体生物标志物基础释放的影响：研究人员对 20 例不同患者的组织进行培养并分析发现，随着患者年龄的增长，培养基中 Aβ_1-40的水平呈下降趋势，而 Aβ_1-42水平相对稳定，Aβ_1-42/Aβ_1-40的比值也保持相对稳定。tau 蛋白的释放水平在颞叶样本中高于额叶样本，KLK - 6、NCAM - 1 和 Neurogranin 的浓度也受脑区影响，而 TDP - 43 和 NCAM - 1 的释放则与患者性别有关。此外，APOE 基因型对 tau 和 KLK - 6 的释放有影响，但对 Aβ 的相关指标影响不明显。
3. 双向调节 Aβ 导致突触前小点丢失，但对突触转录本的影响不同：研究人员采用重复测量设计，用 BACE1 抑制剂和 Phosphoramidon 处理 HBSCs。结果发现，Phosphoramidon 可增加培养基中 Aβ_1-40和 Aβ_1-42的分泌，BACE1 抑制剂则使其减少，且两种处理均导致突触前小点密度降低。不过，Phosphoramidon 处理可增加突触转录本的表达，而 BACE1 抑制剂则无此作用，这表明生理 Aβ 水平的改变会对突触产生不同影响，且可能存在补偿机制。
4. 外源性应用 AD 来源的 Aβ 结合人突触后结构：研究人员用含有 AD 来源 Aβ 的脑提取物处理 HBSCs，发现 Aβ 优先结合突触后结构，导致突触前小点丢失，但对突触 mRNA 无影响。这说明病理 Aβ 对突触的作用与生理 Aβ 不同，可能通过不同的机制影响突触功能。
5. 在老年患者的活人脑样本中检测到 Aβ 和 tau 病理特征，并在培养中保存：研究人员对 HBSC 样本进行筛查，发现部分样本存在 Aβ 和 tau 病理特征，且这些特征与患者年龄有关，在 50 岁以下患者中未检测到。同时，Aβ 和 tau 病理特征在培养过程中能够保留，并且 tau 病理对 Aβ_1-42/Aβ_1-40比值和 KLK - 6 释放有显著影响。

综合研究结论和讨论部分，该研究首次在成人活人脑切片培养中评估了内源性 Aβ 和 tau 的动态变化、自发病理特征，以及它们对药物干预和人类 AD 来源 Aβ 的反应。研究发现患者年龄、脑区、性别和 APOE 基因型等因素会影响生物标志物的释放，且生理和病理 Aβ 对突触的作用存在明显差异。这不仅为我们深入理解 AD 的发病机制提供了新的视角，也为开发更有效的 AD 治疗方法提供了重要的理论依据。不过，该研究也存在一定的局限性，比如样本来自脑癌患者，可能存在肿瘤相关的干扰因素；培养组织的蛋白表达可能随时间变化；患者的人口统计学特征存在差异且部分 APOE 基因型样本量不足等。但总体而言，HBSCs 为研究人类 AD 病理提供了一个强大的工具，未来进一步扩大样本池、开展长期随访研究，将有助于我们更全面地了解 AD 的发病机制，推动 AD 治疗领域的发展。