阿尔茨海默病大鼠模型中Bnip3蛋白在脑内表达的特征及其与线粒体自噬的关联研究

本研究聚焦阿尔茨海默病（AD）模型大鼠脑内促线粒体自噬蛋白Bnip3的表达变化，通过免疫组化与光学密度定量分析，发现Bnip3在Re+ ECLII神经元中特异性高表达且与疾病病理阶段相关，提示其可能参与AD早期突触线粒体应激响应，为AD机制研究提供新视角。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种以进行性认知衰退和神经元损伤为特征的神经退行性疾病，其发病机制复杂，涉及β淀粉样蛋白（Aβ）沉积、Tau蛋白过度磷酸化以及线粒体功能障碍等多个方面。近年来，线粒体自噬（mitophagy）——即细胞通过自噬机制清除受损线粒体的过程——在AD中的作用日益受到关注。其中，Bnip3（BCL2 and adenovirus E1B 19-kDa-interacting protein 3）作为一种重要的促线粒体自噬蛋白，其在AD中的表达变化及潜在功能尚不明确。尤其值得注意的是，表达reelin（Re+）的内嗅皮层第二层（ECLII）神经元在AD早期易受损，且这类神经元具有独特的代谢特征和高突触可塑性需求，因此成为研究AD病理机制的关键细胞类型。

为解决上述问题，研究人员利用 McGill-R-Thy1-APP 大鼠模型（以下简称McGill大鼠），该模型基于Wistar大鼠背景构建，具有明显的细胞内Aβ（iAβ）积累及随后的细胞外淀粉样斑块沉积特征，是研究AD早期病理变化的理想模型。通过免疫组织化学技术、光学密度（OD）定量分析及广义线性混合模型（GLMM）统计方法，研究团队系统分析了Bnip3在3月龄、12月龄和18月龄McGill大鼠及野生型（WT）大鼠前脑中的表达分布，特别聚焦于Re+ ECLII神经元的胞体及其在海马终端场的表达变化。

在方法上，研究使用了24只大鼠（12只McGill模型鼠和12只野生型Wistar Han大鼠），分3、12、18月龄三个时间点，每组4只。通过心脏灌注取脑、切片和免疫组化染色（使用Bnip3抗体及reelin抗体进行双标），利用Zeiss Axio Scan.Z1扫描系统成像，并通过QuPath软件进行细胞检测与光学密度分析。统计建模采用Gamma分布和随机效应结构以处理数据层次结构和正偏态特征。

研究结果主要包括以下几个方面：

Bnip3在内嗅皮层第二层具有强表达

与野生型大鼠一致，McGill大鼠ECLII中靠近颞裂（rhinal fissure）的背外侧区域神经元高表达Bnip3，且表达水平自背外侧向腹内侧逐渐降低，这一梯度分布与reelin的表达模式高度重合。

Entorhinal Bnip3表达仅限于Re+ ECLII神经元

双标免疫荧光结果显示，Bnip3阳性信号完全局限于reelin阳性神经元，进一步证实了其在ECLII神经元中的特异性表达。

Bnip3表达未显示年龄或基因型相关变化

通过对Re+ ECLII神经元胞体的光学密度定量分析，发现无论是基因型（McGill vs WT）还是年龄（3、12、18个月）均未引起Bnip3表达的显著变化，表明在胞体水平Bnip3的表达保持稳定。

Re+ ECLII神经元海马终端场中的Bnip3表达随年龄变化

在海马齿状回（DG）分子层外2/3、CA3和CA2区的 stratum lacunosum moleculare（slm）——即Re+ ECLII神经元的突触终端所在区域——McGill大鼠在3月龄和18月龄显示出比野生型更高的Bnip3表达，而在12月龄时两组无显著差异。这一结果提示Bnip3在突触终端场的表达可能与iAβ积累及斑块形成动态相关。

其他前脑神经元中Bnip3表达在基因型间无差异

除ECLII外，Bnip3在梨状皮层、视前核、CA3区锥体细胞及部分感觉皮层中呈中低水平表达，模式与野生型一致，未因基因型或年龄产生显著变化。

在讨论部分，作者指出Re+ ECLII神经元因具有极大的树突树和高突触可塑性需求，可能依赖高水平线粒体更新（mitochondrial turnover）来维持功能。Bnip3在其终端场表达升高可能反映了iAβ积累导致的线粒体应激反应。值得注意的是，McGill大鼠在6–9月时开始出现Aβ斑块，同时iAβ水平暂时下降，这或许解释了为何12月龄时Bnip3表达未出现升高。而18月龄时的再次升高可能与斑块病理加剧或iAβ再积累有关。

该研究首次在AD模型动物中揭示了Bnip3在Re+ ECLII神经元中的特异性表达及其在突触终端场的动态变化，为理解AD早期线粒体自噬异常及神经元代谢障碍提供了重要线索。未来研究可进一步结合神经元特异性蛋白组学、线粒体功能实验及性别平衡的大样本队列，以深入揭示Bnip3在AD中的调控机制及其作为潜在治疗靶点的价值。

本研究发表于《Brain Mechanisms》，不仅深化了对AD细胞机制的理解，也为开发针对线粒体—突触轴的治疗策略提供了新的方向。