基于GABA能突触的交互性树-树突触抑制在AD小鼠早期嗅觉障碍中的作用及机理研究

The clinical trial targeting Aβ to treat AD failed, it is urgent to discover a new target. Olfactory behavior abnormality which has already been reported, is one of the earliest symptoms of AD. However, the molecular mechanism is not clear yet. Much studies have found that GABA signaling pathway played a key role in the occurrence of AD. The reciprocal dendrodendritic inhibition in olfactory bulb is vital for olfactory discrimination. So it is important to reveal the role of GABAergic signaling in early dysosmia in AD mice. This project is to explore olfactory behavior at different ages in AD mice. With molecular biology experiments and electrophysiological experiments, we explore the key protein levels and synaptic transmission in GABA signaling pathway, and by intervening the relevant target to improve even reverse abnormal olfaction, aiming to reveal the molecular mechanism of early dysosmia and find out effective biomarkers in AD mice. This study will provide experimental basis for early diagnosis and prevention of AD.

以Aβ为靶点治疗阿尔茨海默病（AD）的临床试验相继失败，迫切需要寻找新的靶点来治疗和预防AD。嗅觉行为异常作为AD最早期症状之一，虽早有报道，然而其分子机制至今尚不清楚。GABA信号通路在AD发生中起到关键作用，嗅球中GABA能突触参与的树-树突触抑制对于嗅觉分辨至关重要。因此揭示GABA信号通路在AD早期嗅觉障碍中的作用及其分子机制就显得尤其重要。本项目拟采用行为学手段探究不同年龄段AD小鼠嗅觉功能，通过分子生物学实验和电生理实验探究GABA能突触蛋白水平及其电生理活动，并通过干预相应靶点改善甚至逆转异常嗅觉功能，旨在揭示GABA能突触参与的树-树突触抑制在AD早期嗅觉行为异常中所起的作用，探索嗅觉障碍的发生机制，寻找有效的嗅觉障碍发生的生物标记物（biomarker），从而为AD早期诊断和预防提供实验依据。

阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease，AD）是最常见的中枢神经系统退行性疾病。AD病人往往在β淀粉样蛋白斑块沉积和学习记忆损伤之前，就已经出现嗅觉功能异常，表现为对气味检测、辨别和识别能力的降低。研究发现，Tg2576和APP/PS1等AD鼠也会出现嗅觉功能受损，以及在体和离体水平嗅觉通路gamma节律异常。然而，其电生理、生化和行为表型之间的机制关系尚不清楚。为了解决上述问题，我们采用AD小鼠模型，通过在体水平进行嗅球局部场电位（LFP）记录，离体水平进行嗅电位（EOG）、全细胞膜片钳和场电位记录，同时结合药理学手段对嗅球进行药物干预，以检测嗅球中振荡活动和突触功能。我们运用免疫蛋白印迹和免疫荧光染色等方法检测嗅球中兴奋性和抑制性突触蛋白表达水平，运用行为学评价小鼠嗅觉行为和记忆功能。行为结果发现APP/PS1和3xTg两种AD鼠在3-5月龄均表现出嗅觉功能异常，LFP结果表明上述AD鼠在该年龄段gamma振荡异常增强，但并未出现淀粉样蛋白斑块沉积。嗅感觉神经元的减少和EOG的降低可导致嗅球中M/T细胞兴奋性降低，突触前配对脉冲比（PPR）的改变也表明M/T细胞兴奋性降低，进而导致了触发中间神经元GABA释放能力的减弱。突触后，GABAAR α1和β3亚基水平代偿性升高，抑制性反应的幅值也随之增大。有趣的是，GABA再摄取抑制剂噻加宾（Tiagabine, TGB）可以显著降低异常增加的gamma振荡活动和GABAAR亚基蛋白表达水平。上述结果揭示了OB异常gamma振荡的潜在分子机制，提示OB的gamma振荡增加可作为一个重要核心指标用于AD早期诊断。综上所述，嗅觉行为功能障碍和gamma振荡增强对AD的早期诊断具有重要意义，尤其是对GABA信号异常机制的认识可能有助于AD病人嗅觉损伤的诊断和治疗。