刺激浦肯野细胞放电可逆转脊髓小脑共济失调6型小鼠模型早期空间导航缺陷

本研究针对脊髓小脑共济失调6型(SCA6)缺乏有效治疗方法的现状，通过构建SCA684Q/84Q/Cas9+/+/Pcp2-cre三重转基因小鼠模型，首次发现SCA6小鼠在运动症状出现前即存在空间导航认知障碍，并证实其与浦肯野细胞(PC)放电异常和轴突肿胀增多密切相关。研究人员创新性地采用Gq-DREADD技术刺激PC活性，成功部分恢复了PC放电规律性和空间导航能力，为SCA6认知功能障碍的机制研究和治疗策略开发提供了重要实验依据。

　　

在神经退行性疾病研究领域，脊髓小脑共济失调6型(Spinocerebellar ataxia type 6, SCA6)作为一种遗传性神经系统疾病，长期以来被认为主要影响运动协调功能。患者表现为进行性的运动协调障碍、平衡能力下降和言语困难，伴有小脑和脑干萎缩。这种疾病由CACNA1A基因中的多聚谷氨酰胺扩展突变引起，该基因双顺反子编码P/Q型电压门控钙通道的α1A亚单位和转录因子α1ACT。然而令人困惑的是，尽管SCA6在临床上已被充分认识，但其对认知功能的影响却长期被忽视，且缺乏有效的治疗手段。

传统观点认为SCA6主要损害运动功能，但近年来的临床观察发现患者可能存在视觉记忆、言语流畅性、执行功能等多方面的轻度认知障碍。更值得注意的是，动物研究表明SCA6小鼠模型表现出先天恐惧、恐惧记忆和防御行为的减少，提示小脑在认知处理中扮演着比以往认识更为重要的角色。这些发现引出了一个关键科学问题：SCA6是否以及如何影响认知功能？其背后的神经机制是什么？

为了解决这些问题，Michelle Gr?mmke等研究人员在《Neurobiology of Disease》上发表了一项深入研究。他们利用SCA6^84Q/84Q/Cas9^+/+/Pcp2-cre三重转基因小鼠模型（简称SCA6 Triple小鼠），系统研究了SCA6疾病进展中对空间导航认知功能的影响，并探讨了浦肯野细胞(Purkinje cell, PC)功能异常在其中的作用机制。

研究人员主要采用了行为学测试（Morris水迷宫和星状迷宫）、在体电生理记录、免疫组织化学分析以及化学遗传学技术。通过Morris水迷宫和星状迷宫评估小鼠空间导航能力；使用多通道电极系统记录小脑浦肯野细胞自发性简单放电活动；采用免疫荧光染色检测轴突肿胀（ torpedoes）数量；利用腺相关病毒(AAV)载体介导的Gq-DREADD（Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs）技术特异性调节浦肯野细胞活性。

研究结果方面：

SCA6 Triple小鼠出现早期空间记忆缺陷

研究人员发现SCA6 Triple小鼠在5月龄时（运动症状出现前）就在Morris水迷宫中表现出明显的空间导航障碍，表现为逃避潜伏期延长和运动总距离增加。在星状迷宫中也观察到轻度缺陷。值得注意的是，这些认知缺陷出现在运动功能障碍之前，且与游泳速度无关，表明是真正的认知损害而非运动障碍的副产品。

SCA6 Triple小鼠表现出异常的浦肯野细胞简单放电

电生理记录显示，SCA6 Triple小鼠的浦肯野细胞在所有测试年龄（3、5、7和12月龄）都表现出高度不规则的放电模式，尽管平均放电频率与对照组无差异。这种不规则性通过变异系数(CV)和相邻间隔变异系数(CV2)量化确认。特别值得注意的是，3月龄SCA6 Triple小鼠就显示出 predominant放电频率增高，表明疾病早期阶段就存在浦肯野细胞功能异常。

SCA6 Triple小鼠显示近端浦肯野细胞轴突肿胀增加

组织学分析发现，SCA6 Triple小鼠在小脑Crus I、Crus II半球区域以及蚓部小叶3和8中，轴突肿胀数量显著增加。这种形态学异常在3月龄时就已出现，表明轴突病理改变与电生理异常同时发生，且先于行为表型的出现。

PC刺激挽救SCA6 Triple小鼠的空间导航障碍

通过Gq-DREADD技术刺激浦肯野细胞活性，研究人员成功部分恢复了SCA6 Triple小鼠的空间导航能力。化学遗传学干预不仅改善了行为表现，还显著提高了浦肯野细胞放电的规律性（降低CV和CV2值），而不影响平均放电频率。这直接证明了浦肯野细胞功能异常与SCA6认知缺陷之间的因果关系。

研究结论与讨论部分指出，这项工作首次系统地证明了SCA6存在早期空间导航认知缺陷，且这些缺陷先于运动症状出现。浦肯野细胞放电不规则和轴突肿胀是SCA6病理的早期标志，在疾病症状出现前就已存在。通过Gq-DREADD技术刺激浦肯野细胞活性可部分逆转认知缺陷，强调了浦肯野细胞功能障碍在SCA6认知异常中的核心作用。

从机制角度看，研究人员提出SCA6相关的P/Q型钙通道功能异常可能通过影响钙激活钾通道（Ca²⁺-activated K⁺-channels）的耦合，导致浦肯野细胞放电不规则和动作电位传导效率降低。轴突肿胀可能是作为一种代偿性结构适应，试图优化神经元输出。Gq-DREADD刺激可能通过提供替代钙源，绕过异常的P/Q型钙通道功能，恢复正常的钾通道功能，从而改善浦肯野细胞放电规律性。

这项研究的重大意义在于将SCA6的病理影响从传统的运动领域扩展到认知领域，揭示了小脑在空间导航等高级认知功能中的关键作用。研究发现SCA6认知缺陷先于运动症状出现，这具有重要临床意义——提示在SCA6患者中应早期评估认知功能，可能为干预提供更早的时间窗口。此外，研究证明通过调节浦肯野细胞活性可以改善认知功能，为开发SCA6治疗策略提供了新方向，特别是针对认知症状的干预措施。

未来研究需要进一步验证这些发现在SCA6患者中的适用性，并探索更精确的机制细节，如特定离子通道的参与和不同小脑区域的特异性贡献。总体而言，这项工作为我们理解SCA6的全面临床表现提供了重要见解，并为开发改善患者生活质量的治疗方法奠定了坚实基础。