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在揭开阿尔茨海默病（AD）神秘面纱的过程中，科学家们长期关注淀粉样β（Aβ）斑块的作用和淀粉样前体蛋白（APP）的突变。然而，最近的研究揭示了APP功能的另一个方面，它可能在疾病的早期阶段发挥着至关重要的作用。比利时的一个研究小组调查了过表达野生型人类APP对GABA能传导的影响，这是大脑抑制信号传递的一个关键过程（可参考文献：Overexpression of wild-type human amyloid precursor protein alters GABAergic transmission）。 以前的研究结果表明，APP过度表达可导致小鼠网络过度兴奋和癫痫样棘波，但具体机制尚未完全清楚。新研究以这些发现为基础，探讨了APP在γ-氨基丁酸（GABA）能传导中的作用。具体来说，研究人员调查了介导GABA抑制作用的GABA A型受体（GABAARs）和GABA B型受体（GABABRs）的表达和功能。通过使用过表达野生型人类APP的小鼠模型，研究人员深入了解了APP如何影响神经元功能，并强调了APP对阿尔茨海默病（AD）和唐氏综合症（DS）等神经退行性疾病的潜在影响。 淀粉样蛋白在神经退行性疾病中的重要性APP 是一种高度保守的单通道跨膜蛋白。科学界仍在努力确定 APP 的确切生理作用，但我们确实知道它的新陈代谢产生了 Aβ 的前体，并在老年痴呆症的发病过程中发挥了核心作用。Aβ肽是由β位点APP裂解酶（BACE1）和含presenilin的γ-分泌酶肽依次裂解APP产生的，此时它们可以聚集成不溶性的淀粉样纤维，形成淀粉样斑块，导致神经变性，这是AD病理生理学的标志。 虽然注意力缺失症的研究历来侧重于 Aβ 斑块在疾病进展中的作用，但越来越多的证据表明，突触功能障碍发生在注意力缺失症的早期，而且可以独立于淀粉样蛋白斑块的形成而发生与淀粉样蛋白斑块的形成无关（可参考文献：Impairments of neural circuit function in Alzheimer's disease）。针对Aβ斑块形成或淀粉样蛋白沉积的临床试验基本上都不成功，这一点在这些临床试验中体现得最为明显。虽然使用阿杜单抗等单克隆抗体药物治疗Aβ斑块的前景看好，但其疗效仍有待商榷。 但是，APP 的作用远不止于注意力缺失症：它还与 DS 有关，DS 是一种神经退行性疾病，其特征是 21 号染色体的三倍体。DS患者罹患注意力缺失症的风险大大增加，同时还伴有癫痫发作活动和癫痫。AD和DS之间重叠的神经病理学表明，至少存在一些共同的致病机制，这些机制可能与APP有关--APP在调节兴奋性和抑制性神经递质之间的平衡中发挥着重要作用。值得注意的是：在小鼠模型中，导致脑电图异常的是 APP 的过度表达，而不是 Aβ 的过度产生，如 神经网络的过度兴奋（可参考文献：Genetic Suppression of Transgenic APP Rescues Hypersynchronous Network Activity in a Mouse Model of Alzeimer's Disease）和癫痫样电波（可参考文献：Behavioral and neural network abnormalities in human APP transgenic mice resemble those of App knock-in mice and are modulated by familial Alzheimer’s disease mutations but not by inhibition of BACE1）。显然，APP的表达水平值得进一步研究。 APP、GABA和神经传递如果我们看一下兴奋性神经传递，APP会调节N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）的贩运和表面表达，NMDAR是突触可塑性、学习和记忆中的一个关键角色。值得注意的是，激活 NMDAR会降低 APP的表面表达，从而促进淀粉样蛋白的生成。在过量表达野生型 APP 的小鼠以及表达瑞典双突变 APP 的小鼠中，α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（AMPAR）在神经元中的表达和功能会降低，这与人类的早发性阿尔茨海默病（EOAD）相似。 另一方面是抑制性神经传递，其中的主要角色是 GABA，通过 GABAARs 和 GABABRs 发挥作用。GABAAR 介导的反应取决于细胞内的氯离子浓度，而氯离子浓度则受氯离子转运体的调节。Na+-K+-2Cl- 共转运体 NKCC1 和 K+-Cl- 共转运体 KCC2 之间的平衡会影响神经元膜上的 Cl- 梯度，进而影响 GABAAR 介导的抑制反应。这些转运体表达或功能的任何变化都会破坏 GABA 能抑制。值得注意的是，在神经元成熟过程中，NKCC1 和 KCC2 的表达水平会发生变化，导致 GABA 能信号从兴奋性转向抑制性，这也被称为GABA 转移。 比利时研究小组此前的研究表明，在大脑皮层细胞培养物中过表达APP会下调 KCC2 的表达，从而破坏 GABA 的转变而 NKCC1 的水平不变，从而导致抑制性 GABA 反应减弱。有趣的是，APP 能直接与 KCC2 相互作用，从而维持其在细胞表面的稳定性和功能。 此外，APP 在 GABA 能中间神经元中高度表达，是 GABABR 复合物的一部分。APP 与BGABABRs的结合可促进它们的轴突运输、表面表达和突触前抑制；这种相互作用还可保护APP免受BACE1的淀粉样蛋白分解。.此外，可溶性 APP（淀粉样蛋白生成和非淀粉样蛋白生成裂解途径的产物）已被证明能与突触前 GABABRs结合、调节神经递质的释放。 深入了解APP和GABA能信号传导有鉴于此，比利时研究人员开始探索APP在GABA能信号传导中的作用，而不依赖于Aβ斑块和APP突变。他们广泛使用了一种在PDGF启动子下过表达野生型人类APP（hAPPwt；I5系）的小鼠模型，该模型适度增加了APP的水平，但Aβ肽和淀粉样斑块的形成却微乎其微。 研究人员计划利用这种小鼠模型来揭示APP如何影响GABA能传导的复杂机制，从而揭示APP在神经系统疾病中的作用，并最终为了解潜在的病理生理学提供有价值的见解。这些发现可以为开发针对APP相关突触功能障碍的新型治疗方法铺平道路，为治疗涉及GABA能信号异常的疾病提供新的途径。 APP过表达会影响认知和行为研究人员从更宏观的影响入手，发现在小鼠体内过量表达APP会导致神经元缺失和电生理异常。即使在没有淀粉样蛋白斑块和Aβ水平较低的情况下，他们也能看到这些影响。为了补充这些数据，他们进行了行为测试，以评估 hAPPwt 小鼠的认知和情感功能。这些小鼠在完成空间工作记忆和空间参照记忆任务时表现出认知功能障碍。此外，hAPPwt小鼠还表现出焦虑的迹象，包括在新环境中探索行为的减少和对照明区域厌恶感的增加。 为了了解所观察到的认知障碍和神经元改变背后的机制，研究人员进行了体内和体外实验，以评估神经元的兴奋性和突触可塑性。颅内脑电图（EEG）记录显示，hAPPwt小鼠出现异常尖峰和过度兴奋，使用突触前GABABR激动剂治疗后可缓解这种情况。体外场电位记录显示，hAPPwt小鼠的短期促进作用增强，长期电位（LTP）增强，这表明突触传递发生了改变。 GABA水平与APP过度表达研究的主要发现之一是，APP的过度表达会导致神经元过度兴奋，表现为异常脑电图模式和LTP增加。然而，研究人员未能观察到GABA能（抑制性）或谷氨酸能（兴奋性）受体系统成分或GABA生成能力发生任何显著变化。研究人员通过西部印迹法研究了海马 GABA 蛋白水平，使用的抗体包括 Anti-GABA(A) α1 Receptor (extracellular) Antibody (#AGA-001), Anti-GABA(A) α3 Receptor (extracellular) Antibody (#AGA-003), 和 Anti-GABA(A) α5 Receptor Antibody (#AGA-025)（图 1）。 然而，研究结果表明，hAPPwt小鼠海马中的GABA水平有所下降（但谷氨酸的含量没有变化）。进一步的研究表明，GABA水平的降低可能是由于可溶性APP片段作用于突触前GABABR，从而减少了GABA的释放。施用GABABR拮抗剂成功地降低了兴奋性，这表明所观察到的兴奋性增加是由于GABA含量降低所致。 过表达 APP 蛋白水平的变化
APP过表达时的结构变化除了神经传递的变化和对行为的影响，研究还调查了海马的结构变化。对大脑切片的 Nissl 染色显示，hAPPwt 小鼠的海马体变薄，并伴有神经元死亡（经 caspase-3 阳性染色证实），尤其是在 CA1 区域（图 2）。 重要的是，该研究强调，在没有明显淀粉样斑块形成且 Aβ 水平较低的情况下，也能观察到这些效应。 APP过表达诱导大脑结构变化
APP在无淀粉样斑块情况下的作用这项引人入胜的研究旨在探索在没有突变或淀粉样斑块形成的情况下，APP如何调节兴奋性和抑制性神经传递。借助过量表达中等水平野生型人类APP的小鼠模型，研究人员发现海马区锥体细胞减少，并伴有表明细胞死亡的Caspase阳性细胞。这些发现表明，GABA能神经元和谷氨酸能神经元都可能受到影响。过量表达 hAPPwt 还会导致成人神经发生受损，并在脑电图记录中检测到异常的同步尖峰活动，即使在 Aβ 水平较低且没有淀粉样斑块形成的情况下也是如此。 结果似乎表明，hAPPwt 及其非淀粉样蛋白代谢物导致了所观察到的异常和过度兴奋，这支持了之前对的观察结果。研究还发现，hAPPwt小鼠的APP胞内结构域（AICDs）和磷酸化tau水平升高，这可能会导致神经变性和兴奋性升高。 这项研究强调了APP在突触部位的存在，表明它在影响神经传递方面的作用。具体而言，研究发现 hAPPwt 小鼠 GABA 受体亚基的表达发生了改变，包括与非条件焦虑相关的 α2 亚基的增加。GABA 能信号传导的平衡受阳离子-氯化物转运体的调节，而之前的研究表明 APP过表达会影响KCC2的表达。而本研究却出人意料地发现，在 hAPPwt 小鼠中，KCC2 和 NKCC1 的水平保持稳定。 如果我们把目光转向 GABA，研究就会发现 APP 与抑制性 GABABR 之间的相互作用。APP-GABABR1a复合物的形成保护了APP免受裂解，并减少了Aβ的产生。研究还发现，在hAPPwt小鼠中，可溶性APP片段（sAPPα和sAPPβ）的产生增加，这些片段与GABABR1a结合，减少了神经递质的释放。 总之，这项引人入胜的研究强调了APP在GABA能传导中的作用，与淀粉样斑块或突变无关，并强调了增强GABA能抑制以预防早期癫痫发作和神经元过度兴奋的潜力。这有助于我们了解神经系统疾病中的突触功能障碍，并可能为开发针对与APP相关的兴奋和抑制信号异常的治疗方法提供新的见解。 部分相关推荐试剂GABA(A) 受体：
谷氨酸受体： 阳离子偶联 Cl- 转运体： 研究靶点探索工具包：
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图2.雄性 hAPPwt 和年龄匹配的对照组动物在 3-24 个月大时海马 CA1 区的形态学变化。
