海马AdipoR1过表达通过抑制NLRP3介导的神经元焦亡改善APP/PS1小鼠认知功能障碍

《Neurotherapeutics》：Overexpression of hippocampal AdipoR1 ameliorates cognitive dysfunction in APP/PS1 mice through inhibiting NLRP3-Mediated neuronal pyroptosis

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一种常见的神经退行性疾病，主要以进行性认知功能障碍为特征。海马神经元的大量丢失与不可逆的认知衰退密切相关，但其潜在机制尚未完全阐明。在本研究中，研究人员在APP/PS1转基因AD小鼠的海马中条件性过表达脂联素受体1（adiponectin receptor 1, AdipoR1），发现其可显著改善学习记忆能力，并有效减轻海马神经元及树突棘的异常丢失。AdipoR1过表达主要通过减少神经元死亡而非促进神经发生来维持神经元数量，且该保护作用与抑制神经元NLRP3炎症小体密切相关，进而使海马内焦亡水平显著降低。研究结果首次证明，AdipoR1通过调节NLRP3介导的神经炎症通路在AD病理中发挥关键的神经保护作用，这可能为理解AD中神经元丢失的机制提供新见解，并提示AdipoR1–NLRP3信号轴可能成为AD早期干预的潜在治疗靶点。

论文解读：海马AdipoR1通过抑制NLRP3介导的神经元焦亡改善APP/PS1小鼠认知功能障碍

一、研究背景与科学问题

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一种以进行性认知功能障碍为核心临床特征的神经退行性疾病，其典型神经病理学标志包括β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）沉积形成的老年斑、tau蛋白过度磷酸化形成的神经原纤维缠结，以及随之而来的神经元丢失、突触损伤和胶质细胞激活。海马是学习记忆功能的关键脑区，在AD病程早期即出现病理改变和功能损害。尸检研究显示，海马神经元严重丢失与AD患者快速认知衰退直接相关。然而，目前仍缺乏能够有效阻止AD海马神经元丢失的药物。

海马神经元丢失涉及两种相互关联的机制：一是成年海马神经发生（adult hippocampal neurogenesis, AHN）受损，二是成熟神经元通过细胞凋亡、坏死性凋亡和焦亡等多种程序性细胞死亡途径发生广泛死亡。近年来，焦亡被认为是AD发病的重要驱动因素。焦亡是一种程序性、强促炎性的细胞死亡形式，以细胞肿胀、质膜破裂以及释放IL-1β和IL-18等炎症介质为特征。因此，调节神经发生过程和/或抑制神经元死亡的治疗策略有望改善AD的记忆障碍。

脂联素受体1（adiponectin receptor 1, AdipoR1）作为脂联素的关键受体，广泛分布于海马和皮层等AD病理易感脑区，在神经元中高表达。研究表明，AD患者及动物模型脑组织中AdipoR1水平显著降低。AdipoR1不仅参与能量稳态调节，还在抗炎、抗氧化应激、促进神经元存活和突触可塑性中发挥重要作用。体外研究显示，AdipoR1/AMPK/CREB信号通路可介导AdipoRon改善Aβ诱导的神经干细胞增殖缺陷。此外，脂联素及其同源物可通过AdipoR1影响软骨细胞和上皮细胞中NLRP3、IL-1β等焦亡相关因子的激活。NLRP3炎症小体是经典焦亡信号通路的核心组分，在AD患者和动物模型海马中被激活并与认知损害密切相关。然而，中枢神经系统中的AdipoR1，特别是在AD背景下，能否通过抑制NLRP3介导的神经元焦亡和/或增强成年海马神经发生来改善AD小鼠空间学习记忆缺陷，尚不清楚。

基于上述背景，本研究旨在系统探讨AdipoR1是否通过调控海马神经元丢失来改善APP/PS1转基因小鼠的认知功能。研究人员在海马条件性过表达AdipoR1，利用Morris水迷宫评估空间学习和记忆能力，并运用体视学分析和免疫荧光技术研究AdipoR1介导海马神经元丢失的机制。

二、研究方法概述

本研究使用8月龄雄性APP/PS1双转基因小鼠（B6C3-Tg (APPswe, PSEN1dE9) 85Dbo/NJU，购自南京大学模型动物研究所）及其野生型（wild-type, WT）同窝小鼠，随机分为三组：野生型+对照病毒（WT+Ctrl）、APP/PS1+对照病毒（AD+Ctrl）、APP/PS1+AdipoR1过表达病毒（AD+OvAdipoR1）。通过立体定位注射将表达绿色荧光蛋白（green fluorescent protein, GFP）的重组腺相关病毒（adeno-associated virus, AAV）对照载体或AdipoR1过表达载体双侧注入海马。两周后连续5天腹腔注射5-溴-2′-脱氧尿苷（5-bromo-2′-deoxyuridine, BrdU）标记增殖细胞，病毒注射两个月后进行行为学测试。主要技术方法包括：Morris水迷宫实验评估空间学习记忆；逆转录定量PCR（RT-qPCR）和Western blotting检测AdipoR1及焦亡相关蛋白表达；尼氏染色、spinophilin免疫金染色结合光学体视学方法（optical fractionator和Cavalieri原理）精确计数海马CA1、CA3和齿状回（dentate gyrus, DG）区的神经元和树突棘数量及体积；免疫荧光染色检测AdipoR1/NeuN共定位、NLRP3/NeuN共定位、gasdermin D（GSDMD）/NeuN共定位以及BrdU/双皮质素（doublecortin, DCX）/NeuN标记的不同成熟阶段新生神经元。

三、研究结果

（一）海马AdipoR1在APP/PS1小鼠中表达降低，过表达海马AdipoR1改善学习记忆

免疫荧光显示AD小鼠海马神经元中AdipoR1表达显著降低；RT-qPCR和Western blotting证实AD+Ctrl小鼠海马AdipoR1 mRNA和蛋白水平均显著低于WT+Ctrl小鼠。AAV介导的海马AdipoR1过表达后，AD+OvAdipoR1小鼠海马AdipoR1 mRNA和蛋白水平显著回升。Morris水迷宫结果显示，AD+Ctrl小鼠在隐藏平台训练第2-6天逃避潜伏期显著长于WT+Ctrl小鼠，而AD+OvAdipoR1小鼠逃避潜伏期显著缩短；第7天探索实验中，AD+OvAdipoR1小鼠的平台穿越次数、目标象限停留时间和目标象限距离百分比均较AD+Ctrl小鼠显著改善。旷场实验显示三组自发活动无显著差异，但AD+Ctrl小鼠表现出焦虑样行为，AdipoR1过表达有减轻趋势但未达统计学显著。

（二）过表达海马AdipoR1改善APP/PS1小鼠海马体积萎缩并减少Aβ沉积

体视学分析显示，与WT+Ctrl小鼠相比，AD+Ctrl小鼠CA3、DG和全海马体积显著减小，CA1体积无显著差异；AdipoR1过表达显著增加AD+OvAdipoR1小鼠CA1、CA3、DG和全海马体积。Aβ免疫荧光染色显示，AD+OvAdipoR1小鼠CA1、CA3和DG区域的Aβ斑块密度较AD+Ctrl小鼠显著降低。

（三）过表达AdipoR1改善APP/PS1小鼠海马神经元和树突棘丢失

通过光学体视学方法精确计数（质量系数OCE2/OCV2远小于50%，表明取样可靠），AD+Ctrl小鼠CA1、CA3和DG区神经元数量及树突棘数量均较WT+Ctrl小鼠显著减少；AD+OvAdipoR1小鼠上述三个亚区的神经元数量和树突棘数量均显著恢复。

（四）过表达海马AdipoR1不影响APP/PS1小鼠成年海马神经发生

研究人员将DG区新生神经元分为三种类型：未成熟新生神经元（BrdU?/DCX?/NeuN?）、成熟新生神经元（BrdU?/DCX?/NeuN?）和过渡期群体（BrdU?/DCX?/NeuN?）。AD+Ctrl小鼠三种细胞密度均较WT+Ctrl显著降低，但AD+OvAdipoR1与AD+Ctrl相比均无显著差异，表明AdipoR1过表达并未改善AD小鼠成年海马神经发生缺陷，其维持神经元数量的作用并非通过促进神经发生实现。

（五）过表达海马AdipoR1抑制APP/PS1小鼠NLRP3介导的神经元焦亡

免疫荧光结果显示，AD+Ctrl小鼠DG、CA1和CA3区GSDMD?/NeuN?细胞数较WT+Ctrl显著增加，AdipoR1过表达显著减少这些区域的GSDMD?/NeuN?细胞数；NLRP3?/NeuN?细胞在AD+Ctrl小鼠DG和CA1区显著增加，AdipoR1过表达显著减少。Western blotting显示，AD+Ctrl小鼠海马NLRP3、GSDMD-C、GSDMD-N、ASC、IL-1β蛋白水平显著升高；AD+OvAdipoR1小鼠海马NLRP3、GSDMD-C、GSDMD-N、ASC、caspase-1和IL-1β蛋白水平均显著降低。

四、讨论与结论

本研究发现AD小鼠海马AdipoR1信号失衡与认知损害存在直接因果关系。与以往使用AdipoRon全身激活AdipoR信号的研究不同，本研究通过AAV介导海马区域特异性AdipoR1过表达，排除了外周代谢变化等混杂因素，直接证明了局部恢复AdipoR1信号即可产生认知保护效应。在机制上，AdipoR1过表达并未改善AD小鼠DG区三种类型新生神经元数量，提示其保护作用不依赖促进神经发生，而是通过抑制NLRP3介导的神经元焦亡来实现。研究首次证明海马AdipoR1过表达可显著抑制海马神经元NLRP3激活，减少神经元焦亡，改善AD动物模型认知衰退。尽管AAV介导的脑内基因递送仍依赖有创立体定位注射，临床转化面临挑战，但本研究的核心贡献在于揭示AdipoR1/NLRP3轴可能是调控NLRP3激活和神经元焦亡的关键分子节点，提示AdipoR1信号调控具有重要的AD治疗潜在价值。研究局限性包括仅使用Morris水迷宫评估认知功能、行为学数据相对单一，且缺乏体外细胞实验验证因果关系。未来需纳入更多行为学测试并开展细胞水平机制研究。

研究结论：海马AdipoR1过表达通过抑制NLRP3介导的神经元焦亡，显著改善APP/PS1小鼠的空间学习记忆障碍，减轻海马神经元和树突棘丢失，减少海马体积萎缩和Aβ沉积，发挥重要的神经保护作用。AdipoR1–NLRP3信号轴可能是AD早期干预的潜在治疗靶点。