嗅球起始的α-突触核蛋白病通过远程枕叶网络功能障碍诱导视觉异常

《Neuroscience Research》：Olfactory bulb–initiated α-synucleinopathy induces visual abnormalities via remote occipital network dysfunction

　　

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）和路易体痴呆（dementia with Lewy bodies，DLB）均为归类为路易体病（Lewy body diseases，LBDs）的神经退行性疾病，后者是α-突触核蛋白病（α-synucleinopathies）的主要亚组，以α-突触核蛋白（α-synuclein，αSyn）的异常聚集为特征。LBDs的病理学标志是路易体（Lewy bodies）的存在，即含有聚集αSyn的神经元内包涵体。LBDs包括PD、DLB和纯自主神经功能衰竭。PD通常表现为运动症状，如震颤、强直、运动迟缓和姿势不稳，而DLB则以非运动症状为特征，包括认知障碍、抑郁、焦虑、自主神经功能障碍和视觉异常。随着疾病进展，运动和非运动症状均变得突出，支持PD和DLB代表一个共同的临床病理学谱系的观点。

在这两种疾病中，嗅觉功能障碍、睡眠障碍和便秘等非运动症状通常先于运动体征出现。在病理学上，αSyn沉积早期出现在嗅球和迷走神经背侧运动核。因此，嗅球被认为是αSyn病理最早涉及的部位之一，嗅觉功能障碍被认为是PD的前驱特征。近期的死后建模研究进一步提示，路易型αSyn病理通常起源于嗅球，随后分化为不同的进展轨迹，但也存在脑干优先的替代模式。

视觉障碍，如幻觉和错觉，在LBD中很常见，60–80%的DLB患者和约一半的PD患者在病程中出现这些症状。临床上有幻觉、错觉、空想性错视和复视的报道，同时伴有视力下降、对比敏感度受损、色觉缺陷以及物体识别、深度知觉和运动检测障碍。近期的行为和眼动研究进一步表明，PD患者在基于图像线索（如纹理梯度）的三维知觉方面存在损伤，并伴有疾病特异性的注视策略改变，提示在原发性视觉缺陷之外还存在异常的视觉信息处理。这些视觉症状与疾病严重程度和认知衰退相关，并且是预后不良和生活质量降低的重要预测因子。

神经影像学研究一致显示PD和DLB患者枕叶皮质存在低灌注和低代谢。然而值得注意的是，病理学研究报道相同区域的路易病理相对稀疏，表明局部病理与功能损害之间存在分离。这种差异提示网络水平的功能障碍，而非视觉皮层内的局部变性，可能是视觉异常的潜在基础。更广泛地说，最近的生物标志物研究表明，即使在阿尔茨海默病相关生物标志物未升高的情况下，LBD中的神经退行性改变也可能出现，可能反映αSyn相关的神经退行性变。事实上，神经影像学研究表明，LBD中的幻觉与涉及视觉、注意和丘脑皮质网络的异常功能和结构连接相关。与此同时，丘脑皮质模型提示丘脑网状核（thalamic reticular nucleus，TRN）的功能障碍参与LBD视觉幻觉的病理生理。

尽管有这些临床见解，但αSyn病理起源于嗅球如何诱导这种网络水平的功能障碍仍不清楚。传统的αSyn转基因或全脑表达小鼠模型无法精确控制病理的起始或传播。因此，在嗅球起始αSyn表达的实验模型可能有助于剖析嗅觉病理如何影响大规模皮质和丘脑网络功能。

在本研究中，研究人员测试了嗅球来源的αSyn病理是否通过大规模网络重组诱导视觉认知异常。研究人员采用了一种在嗅球起始αSyn表达的小鼠模型，并将行为学检测与基于iDISCO免疫标记的全脑活动映射以及宽场钙成像相结合。

嗅球起始的α-突触核蛋白病通过远程枕叶网络功能障碍诱导视觉异常：研究解读

一、研究背景与问题

帕金森病（PD）和路易体痴呆（DLB）是路易体病（LBDs）的主要类型，属于α-突触核蛋白病，其核心病理特征是α-突触核蛋白（αSyn）的异常聚集形成路易体。PD以运动症状为主，DLB则以认知障碍、视觉异常等非运动症状为特征，两者被视为连续的临床病理谱系。临床和病理研究显示，αSyn沉积早期出现在嗅球和迷走神经背侧运动核，嗅觉功能障碍是PD的前驱症状。同时，视觉异常（如幻觉、错觉、深度知觉受损）在LBD患者中非常普遍，严重影响生活质量。神经影像学发现LBD患者枕叶皮质存在低灌注和低代谢，但病理学检查却显示该区域路易病理相对稀疏，提示局部病理与功能损害之间存在分离。这促使研究人员提出假设：嗅球起始的αSyn病理可能通过大规模网络重组而非局部沉积诱导视觉异常。然而，传统αSyn转基因或全脑表达模型无法精确控制病理起始部位，因此需要建立嗅球起始的αSyn表达模型来验证这一网络机制假说。

二、研究目的与总体发现

本研究旨在检验嗅球起始的αSyn表达是否通过大规模网络重组诱导视觉认知异常。研究人员采用腺相关病毒（AAV2）介导的αSynA53T突变体在右侧嗅球定向表达，结合行为学检测、iDISCO全脑透明化免疫标记、常规脑切片免疫组化以及宽场钙成像，系统分析了αSyn表达后1至4个月小鼠的行为、脑区活动和皮层功能连接变化。研究发现，尽管αSyn信号在视觉皮层无法被可靠检测到，小鼠仍出现延迟发生的视觉行为异常，伴随视觉皮层神经元活动增强、丘脑网状核（TRN）活动降低，以及以枕叶为中心的皮层功能连接广泛增强。该结果表明嗅球起始的αSyn病理可通过远程网络机制驱动视觉功能障碍。

三、关键技术与方法概述

研究人员使用了多种核心技术：首先，通过立体定位注射将AAV2-mCherry-αSynA53T或对照载体注入右侧嗅球，建立局部αSyn表达模型；其次，运用一系列行为学范式评估嗅觉（埋藏食物测试、气味习惯化/去习惯化测试、气味识别测试）、视觉（视觉悬崖测试VCT、T迷宫视觉辨别任务）、运动及焦虑（旷场探索参数、高架十字迷宫EPM）功能；第三，采用iDISCO全脑透明化结合磷酸化-S6（phospho-S6）免疫标记和光片显微镜进行全脑神经元活动映射，并用ClearMap软件定量各脑区阳性细胞；第四，通过c-Fos与NeuN双重免疫荧光染色验证特定脑区神经元活动；最后，使用宽场钙成像（Thy1-GCaMP6f转基因小鼠）记录静息态皮层活动，计算28个皮层感兴趣区（ROIs）之间的功能连接（FC）。实验动物包括C57BL/6JmsSlc小鼠和C57BL/6J-Tg Thy1-GCaMP6f小鼠，分别用于不同实验。所有动物实验均经名古屋大学动物护理与使用委员会批准。

四、研究结果详解

4.1 αSyn表达的诱导与空间分布

注射AAV2-mCherry-αSynA53T后，αSyn表达广泛分布于注射侧（右侧）嗅球相关皮层区域，包括嗅核、嗅结节、梨状皮层、皮质杏仁核区和内嗅皮层。表达经由前连合延伸至对侧部分嗅相关区域，但未广泛扩展至对侧皮层。关键地，在任一 hemisphere 的视觉皮层中均未检测到可辨的αSyn信号，对照组mCherry表达分布模式类似，确认载体分布不受αSyn影响。

4.2 嗅觉功能保持完好

埋藏食物测试显示αSyn表达组与对照组找到食物的潜伏期无显著差异；气味习惯化/去习惯化测试中，两组嗅闻时间和频率均呈现正常习惯化与去习惯化反应，无组间差异；气味识别测试中，两组对新颖气味的偏好指数也无显著差异。这表明在当前的检测条件下，嗅球αSyn表达并未引起可检测的嗅觉功能障碍。

4.3 视觉感知异常而无运动或焦虑损伤

视觉悬崖测试显示，在注射后1个月时两组停留在深测的时间无差异，但在3个月时αSyn表达组显著增加，且存在显著的组别×时间交互作用。同时，运动速度和总移动距离无组间差异，排除运动障碍对结果的干扰。T迷宫视觉辨别任务中，αSyn表达组在训练第5、6、7次的正确率显著低于对照组，而遗漏率无组间差异。高架十字迷宫中，两组在开放臂、闭合臂和中央区的时间均无显著差异。综合结果表明，αSyn表达导致延迟出现的视觉引导行为异常，且与运动、焦虑无关。

4.4 全脑活动映射揭示视觉皮层过度活动

iDISCO全脑透明化结合phospho-S6免疫标记和ClearMap定量分析显示，虽然单一脑区在FDR校正后未达显著，但探索性热图呈现协调的空间变化模式：梨状皮层、颗粒状岛叶皮层、内嗅皮层以及多个视觉皮层区域的phospho-S6阳性细胞数相对增加，而丘脑网状核（TRN）和多个丘脑核团（包括背外侧膝状体dLGN）相对减少，左侧尤为明显。

4.5 组织学验证区域特异性皮层活动增强与TRN活动降低

基于全脑映射结果，研究人员对特定脑区进行c-Fos/NeuN比率定量，发现视觉皮层、内嗅皮层、颗粒状岛叶皮层和梨状皮层的c-Fos/NeuN比率在双侧均显著升高，而TRN在双侧均显著降低。所有10个区域的比较经Benjamini-Hochberg FDR校正后仍然显著（q<0.05），证实了探索性映射结果，并明确显示视觉皮层神经元活动增强。

4.6 宽场钙成像揭示枕叶功能连接增强

宽场钙成像分析28个节点、378条边之间的功能连接，发现αSyn表达小鼠中约75%的皮层区域对显示出更强的FC。增强最显著的是以枕叶区域为种子的连接，如初级视觉皮层（V1）至后扣带回/压后皮层（RSPa）以及V1至M2p。整体FC结构与对照组大致相似，但αSyn组表现出皮层网络广泛的功能超连接，尤其以枕叶相关连接为主导，这与视觉行为异常和活动映射结果一致。按性别分层的探索性分析提示雌性中V1相关FC增加数值上更明显，但研究设计未针对性别交互作用进行检验，因此仅视为探索性发现。

五、讨论与结论

讨论部分指出，嗅球起始的αSyn表达在视觉皮层无显著αSyn沉积的情况下诱发远程视觉网络功能障碍，其机制可能涉及两条互补通路：一是嗅球-边缘系统和岛叶网络的异常活动对视觉处理产生过度内部调节，符合DLB中幻觉内容受个人经历影响的临床现象；二是TRN活动降低导致丘脑皮质门控功能受损，从而增强皮层网络增益和同步化。尽管dLGN的活动也有降低趋势，但TRN与dLGN同时降低不支持简单的去抑制模型，而提示更广泛的丘脑皮质处理失调。与临床LBD患者枕叶低代谢/低灌注的差异，可能反映本模型代表早期高活动网络状态，先于晚期神经变性和网络衰竭。研究局限性包括：未检测可溶性寡聚αSyn物种、未完全实施盲法、活动映射与成像分析不能确立因果关系、宽场成像仅限于背侧皮层。研究结论强调，嗅球起始的αSyn病理可通过远程环路机制扰乱边缘-丘脑皮质和视觉网络，而不需要视觉皮层内显著的局部αSyn积累。鉴于临床上早期嗅觉功能障碍与后期认知衰退的关联，本研究为早期嗅觉系统参与与迟发视觉功能障碍之间通过分布式网络改变建立联系提供了实验支持。论文发表在《Neuroscience Research》，其意义在于首次在动物模型中证明嗅球起始的αSyn病理足以引起远端视觉皮层功能连接增强和视觉行为异常，为LBD视觉幻觉的神经网络机制提供了新的理论框架。