《Acta Neuropathologica》：AETA peptide contributes to Alzheimer’s disease signature of synapse dysfunction
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阿尔茨海默病（AD）是导致痴呆的主要原因，其特征是在明显的认知下降之前出现早期的突触功能障碍。尽管淀粉样蛋白-β（Aβ）和Tau蛋白仍然是AD发病机制的核心，但突触减弱的分子触发因素尚不清楚。在此，研究人员调查了源自淀粉样前体蛋白（APP）的新型脑分泌肽AET
阿尔茨海默病（AD）是导致痴呆的主要原因，其特征是在明显的认知下降之前出现早期的突触功能障碍。尽管淀粉样蛋白-β（Aβ）和Tau蛋白仍然是AD发病机制的核心，但突触减弱的分子触发因素尚不清楚。在此，研究人员调查了源自淀粉样前体蛋白（APP）的新型脑分泌肽AETA，将其作为AD中突触功能障碍的潜在介质。研究人员之前已确定AETA是健康大脑中N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）活性的独特调节剂；然而，其在AD病因学中的作用尚未得到探索。对人海马和前额叶皮层组织的死后分析显示，AD患者体内的AETA水平显著升高，尤其是在女性中。为了进一步探索AETA对AD突触病理学的贡献，研究人员分析了一种新的小鼠模型AETA-m小鼠，该模型表现出慢性增加的脑AETA表达。雌性AETA-m小鼠的海马显示出星形胶质细胞和小胶质细胞数量的增加，但没有明显的神经炎症。对雌性AETA-m小鼠海马进行的RNA测序（RNA-seq）揭示了突触基因表达的改变，这些改变与易感的人AD大脑区域（尤其是海马）中观察到的改变非常平行。这两种表型在雄性中缺失。在功能上，来自AETA-m小鼠的海马神经元显示出受损的NMDAR信号传导、树突棘丢失和记忆缺陷，尤其是在女性中，这反映了早期AD相关的突触功能障碍。综上所述，这些发现确定了AETA是AD中突触脆弱性和相关记忆处理的新关键贡献者，尤其是在女性中。因此，靶向AETA信号传导可能为预防或减轻AD中的突触和认知下降提供新的治疗途径。
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）作为一种最常见的痴呆形式，其临床特征表现为进行性记忆衰退。尽管淀粉样蛋白-β（Amyloid-β, Aβ）斑块和由过度磷酸化Tau蛋白组成的神经原纤维缠结是AD的标志性病理特征，且Aβ和Tau在AD发病机制中占据核心地位，但越来越多的证据表明，在AD早期的“细胞阶段”，它们在更广泛的分子紊乱景观中协同作用。然而，突触减弱的确切分子触发因素仍未完全阐明，这阻碍了针对AD治疗的靶向药物开发。已知Aβ、Tau、线粒体功能障碍以及小胶质细胞和星形胶质细胞是导致突触功能障碍的因素，但AETA的作用尚属未知。AETA是一种通过η-分泌酶途径从淀粉样前体蛋白（Amyloid precursor protein, APP）切割产生的新型脑分泌肽。研究人员此前已证明AETA通过竞争性抑制甘氨酸和d-丝氨酸，部分抑制NMDA受体（N-methyl-D-aspartate receptor, NMDAR）的离子活性，并促进其非典型信号传导，从而导致突触强度快速降低和树突棘收缩。在健康大脑中，AETA对NMDAR的这种调节对于突触在长期抑郁（Long-term depression, LTD）方案下减弱是必需的。鉴于突触功能障碍和海马树突棘丢失是AD最早且最具预测性的病理改变，并与认知下降紧密相关，开展本研究旨在探索AETA是否作为AD突触病理的新介质，特别是在解释AD患者中观察到的性别差异方面。研究人员通过人死后脑组织分析和构建转基因小鼠模型，深入探究了AETA在AD中的具体作用机制及其后果。
为开展本研究，研究人员主要采用了以下关键技术与方法：首先，从荷兰脑库（The Netherlands Brain Bank, NBB）和法国Neuro-CEB脑库获取阿尔茨海默病患者（Braak分期V/VI）及年龄和性别匹配的健康对照者的海马和前额叶皮质死后组织样本；其次，构建并维持一种名为AETA-m的转基因小鼠模型，该模型在Thy1.2神经元启动子驱动下表达分泌型人AETA（长α形式）；第三，利用免疫印迹（Immunoblotting）技术结合特异性抗体定量检测人鼠组织中的AETA、APP及其代谢片段水平，并通过定量聚合酶链式反应（qPCR）分析神经炎症相关基因表达；第四，进行RNA测序（RNA sequencing, RNA-seq）以对比AETA-m小鼠与人类AD转录组数据的差异，并使用Ingenuity Pathway Analysis (IPA)进行功能注释；第五，通过海马脑片离体电生理记录技术，包括场兴奋性突触后电位（Field excitatory postsynaptic potentials, fEPSPs）记录长时程增强（Long-term potentiation, LTP）和LTD，以及全细胞膜片钳记录自发性兴奋性突触后电流（Spontaneous excitatory postsynaptic currents, sEPSCs）以评估NMDAR和AMPAR信号功能；第六，采用Golgi-Cox染色分析CA1区锥体神经元树突棘密度；最后，通过Morris水迷宫测试评估小鼠的空间学习和长期记忆能力。
研究结果部分首先揭示了AETA水平在AD患者脑中的变化特征。免疫印迹分析显示，与健康对照组相比，AD患者海马和前额叶皮层中的可溶性AETA水平显著升高。值得注意的是，这种升高并非源于APP蛋白或mRNA表达水平的改变，而是AETA/APP比值的增加，提示可能是转录后加工机制导致AETA积累。此外，与对照组中男女海马AETA水平无差异不同，AD女性患者海马中的AETA水平显著高于AD男性患者，显示出明显的性别二态性。
其次，研究人员评估了慢性AETA升高对小鼠模型的影响。在AETA-m小鼠模型中，尽管人类AETA在1至12个月龄间保持稳定表达，未随年龄积累，但雌性AETA-m小鼠的海马中GFAP阳性星形胶质细胞和IBA-1阳性小胶质细胞的数量显著增加，而未检测到明显的神经炎症标志物（如Trem2, C1qa等）转录水平改变或Tau蛋白过度磷酸化。相比之下，雄性小鼠未表现出上述细胞增殖现象。
第三，转录组分析揭示了AETA诱导的分子_signature_。对雌性AETA-m小鼠海马进行的RNA-seq分析鉴定出567个差异表达基因。功能注释显示，与神经元功能，特别是突触途径相关的基因发生下调，尤其是涉及“SNARE信号通路”和“NMDA受体的组装及细胞表面呈现”的基因。这一分子特征与人类AD海马区域（NBB-HPC-AD队列）及旁海马区（MSBB BM36队列）的转录组数据呈现高度正相关，且在校正后的帕金森病患者数据中未观察到此特征，表明AETA-m小鼠模拟了人类AD中易感记忆编码区域的突触分子_signature_。而在雄性小鼠中，未见显著的突触相关转录改变。
第四，电生理和功能实验证实了突触功能障碍。离体海马切片记录显示，AETA-m小鼠的CA3-CA1突触LTP降低，且雄性小鼠表现出增强的LTD，表明突触可塑性受损。全细胞膜片钳记录表明，AMPAR介导的自发性兴奋性突触后电流未受影响，但NMDAR介导的sEPSC频率降低。此外，AETA-m小鼠海马中p38 MAP激酶的磷酸化水平升高，这与突触后致密区p38信号的激活有关，进而导致CA1锥体神经元树突棘密度显著降低。
最后，行为学测试表明AETA-m小鼠存在记忆缺陷。在Morris水迷宫测试中，虽然AETA-m小鼠在短期记忆（24小时）测试中表现正常，但在7天后的长期记忆测试中，尤其是雌性小鼠，表现出目标象限停留时间减少和平台穿越次数降低，显示出长期参考记忆的衰退。在更具挑战性的150 cm水池测试中，雌性AETA-m小鼠在24小时测试中的表现也显著低于对照组，而雄性小鼠在所有测试中均表现正常。这提示雌性AETA-m小鼠存在类似人类早期AD的精神前驱期认知缺陷。
讨论部分总结了AETA作为AD突触功能障碍关键介质的新发现。研究首次证实AETA在AD患者海马和前额叶皮层中积累，且女性积累更为显著。这种积累可能源于转录后处理增强或清除减少，且可能与AD早期的神经高兴奋性相关，导致AETA产生增加。AETA-m小鼠模型展示了与人类AD高度相似的突触分子_signature_和功能障碍，包括NMDAR信号受损、突触减弱、树突棘丢失及长期记忆缺陷，且这些现象在雌性中更为显著。研究指出，虽然雄性小鼠表现出突触减弱，但未出现记忆缺陷，提示记忆衰退可能需要雌性特有的星形胶质细胞和小胶质细胞反应参与。这一性别二态性可能部分解释了AD在女性中更高的患病率。最终，研究结论认为AETA是AD中突触脆弱性的重要驱动因素，特别是在女性中。靶向AETA的生产、清除或其与NMDAR的相互作用，可能为预防或逆转AD早期的突触和认知衰退提供新的治疗策略，特别是在不可逆神经退行性变发生之前。该论文发表在《Acta Neuropathologica》。
