​Cell Rep：北京大学李家立课题组揭示阿尔茨海默病易激惹症状发生的神经环路机制

2022 年 11 月 1 日，国际杂志 Cell Reports 在线发表了北京大学麦戈文脑研究中心/北京大学中国药物依赖性研究所研究员李家立课题组研究论文 Hyper-excitability of corticothalamic PT neurons in mPFC promotes irritability in the mouse model of Alzheimer's disease。

该研究揭示了锥体束（pyramidal tract，PT）神经元在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）中发生的异质性电生理异常，并分别探究了两类 PT 神经元在 AD 易激惹症状中发挥的作用。通过电生理学的全细胞记录和化学遗传干预手段，作者们发现内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex，mPFC）A-type PT 神经元兴奋性的异常增加介导了 AD 小鼠的易激惹症状。

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）患者除认知功能减退外，还时常伴有抑郁焦虑、攻击行为增加、节律异常、幻听幻视等神经精神症状，这些症状不仅严重地影响了患者和看护人员的生活质量，还可能加速患者的认知功能减退。然而，AD 精神症状的神经环路机制尚不清楚。

内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex，mPFC）在 AD 病变进展中发挥着重要的作用。研究发现，投射到丘脑、上丘以及脑干等端脑外区域的锥体束（pyramidal tract，PT）神经元，对摄食、攻击、睡眠、情绪等非认知功能具有重要的调控作用。因此，AD 病变中 mPFC 区域内 PT 神经元很可能介导了患者的神经精神症状的发生。PT 神经元可以被划分为 A-type 和 B-type 两类，这两类神经元展现出了不同的表达、位置和投射特征，前者主要投射至间脑和中脑，而后者投射至部分中脑和脑干。

为了研究两类神经元在 AD 中的电生理异常，作者们利用其投射区域不同，使用逆向示踪病毒对二者进行标记，从而分别对其进行全细胞记录，发现 AD 小鼠模型两类神经元的内在兴奋性异常呈现高度差异性。在模型小鼠中，以投射至丘脑为首的 A-type PT 神经元表现出了内在兴奋性的增强和动作电位发放的增加；而以投射至脑干为主的 B-type PT 神经元却表现出了动作电位容纳能力的降低和动作电位发放的减少。

图 1. A-type PT 神经元的兴奋性增加

为了进一步验证 A-type PT 神经元的兴奋性增加与小鼠攻击行为之间的关系，作者们通过逆向示踪病毒定位、Cre 重组酶诱导，在此类神经元中表达了化学遗传受体，发现抑制此类神经元可以有效的缓解 AD 小鼠过高的攻击行为。

图 2. 抑制 A-type PT 神经元降低小鼠的攻击行为

在确定了 A-type PT 神经元在 AD 攻击行为中的重要作用后，作者们继续探究了此类神经元兴奋性增加的原因。两类 PT 神经元的电生理异常不同，作者们怀疑是由于二者表达的不同，导致了病变的靶离子通道不同。通过查阅转录组学数据，作者们发现电压门控钾离子通道 Kv6.3 只在 A-type PT 神经元中表达，且在内在兴奋性中发挥着重要作用。通过单细胞 qPCR、蛋白免疫印迹等分子生物学手段，作者们发现 Kv6.3 在 A-type PT 神经元中表达降低。

图 3. AD 小鼠 A-type PT 神经元的 Kv6.3 表达下降

最后，作者们通过配合逆向示踪病毒和 Cre 重组酶诱导的过表达体系，发现在 A-type PT 神经元中过表达 Kv6.3 可以有效的逆转神经元的过度兴奋、降低 AD 小鼠的攻击行为。综上，该研究揭示了 AD 小鼠攻击行为增加的机制，对 AD 神经精神症状的发生机制提供了新的见解，同时也对 PFC 神经元的分类提供了新的依据。

图 4. 过表达 Kv6.3 逆转 A-type PT 神经元的过兴奋

图 5. AD 小鼠 mPFC 中 A-type PT 神经元 Kv6.3 表达下调，导致了神经元的兴奋性增加和小鼠的攻击行为增加

北京大学博士研究生张钟玉、昆明动物所博士研究生张莹和北京大学博士研究生宇文婷为该论文的共同第一作者，李家立研究员是通讯作者。上述研究得到国家自然科学基金委和北京大学医学部人才基金的资助。