应用光感基因调控神经元-神经胶质细胞网络干预阿尔兹海默病的机理研究

阿尔兹海默病（AD）的病因和发病机理尚不明确。本研究针对神经胶质细胞在AD发病过程中的重要作用，结合基因工程技术、光感基因神经调控技术、在体多电极记录及光纤显微成像体系、神经影像学技术，病理组织学技术，被动免疫技术，在AD的不同阶段对转基因鼠脑内不同部位神经元及星型胶质细胞进行活性调节（兴奋或抑制），动态观察细胞离子通道，神经细胞受体，细胞因子，神经递质，神经元内纤维缠结，脑内β淀粉样蛋白(Aβ)沉积，神经细胞数目，各脑区体积，白质纤维病理性变化，脑内糖氧代谢等变化，探讨：（1）AD发病过程中神经元-神经胶质细胞网络调节功能特异性变化；（2）应用光感基因神经调控技术调节神经元与星型胶质细胞活性能否减少Aβ沉积，增加Aβ清除，保护神经元；（3）被动免疫与光感基因神经调控技术结合能否达到进一步治疗的目的。该研究从全新的角度探讨AD的发病机制及在神经元-神经胶质细胞网络水平上可能的治疗新靶点。

阿尔兹海默病（AD）是一个以痴呆为主要临床表现的变性性疾病。神经元-神经胶质细胞网络的变化贯穿疾病始终，引发AD的病理改变及临床症状。光感基因神经调控技术通过光与光感基因相互作用，在细胞水平调节神经细胞之间的联系。本课题以光感基因神经调控技术为手段，以神经元-神经胶质细胞网络为切入点，进行了三个阶段的研究：1）建立可靠有效模拟AD疾病的动物模型：APP/PS1/TAU转基因鼠，Aβ1-42双侧海马区持续注射，以及Tau P301L基因侧脑室内注射。 但是老龄APP/PS1/TAU转基因鼠由于不能耐受立体定向手术，无法进行光感基因神经调控。2）探讨神经元-神经胶质细胞网络变化在AD疾病中的重要作用。即使在疾病早期，星形胶质细胞就已经处于激活状态，并伴随神经元与突触的减少以及空间记忆功能的减退。Aβ1–42的增加，P38MAPK的激活，突触相关蛋白SRR（serine racemase）的异常降低，以及同型半胱氨酸的异常升高均与神经元-神经胶质细胞网络变化密切相关。3）应用Channelrhodopsin-2（CHR2）光感基因神经调控技术以及BCL2L12基因治疗技术调节神经元-神经胶质细胞网络治疗AD疾病。应用CHR2光感基因结合光刺激激活谷氨酸能神经元，增加谷氨酸受体NMDAR1, GluR2与mGluR5 表达，抑制星形胶质细胞及IL-6表达，显著改善小鼠工作记忆，短期记忆。值得注意的是光感基因技术作用范围与光感基因表达区域有关，核心区显示显著的神经保护作用，核心区和周围区显示显著的神经炎症调节作用，远隔部位未见任何作用。应用CHR2光感基因结合光刺激激活synapsin标记神经元，抑制星形胶质细胞表达，增加海马区神经元及突触数目，提高突触活性带蛋白complexin-1/2表达，显著改善小鼠工作记忆，短期记忆及长期记忆。广泛高度表达于胶质细胞的BCL2L12基因通过基因治疗手段导入相应脑区并表达，通过抗凋亡作用调节神经元—神经胶质细胞网络，减少相应脑区的Aβ沉积与TAU蛋白磷酸化，改善Aβ注射导致的空间记忆障碍。本研究在有效可靠耐受性好的AD动物模型上研究神经元-神经胶质网络在AD中的作用，并第一次应用光感基因神经调控技术及BCL2L12基因治疗技术干预神经元-神经胶质细胞网络，改善AD动物认知功能障碍，为治疗AD提供新的方向。