CNSNeuroscience&therapeutic生酮饮食改善阿尔茨海默模型小鼠症状

【CNSNeuroscience&therapeutic】生酮饮食改善阿尔茨海默模型小鼠症状

大家好，这里是只想咕咕的椰球。今天为大家带来一篇轻松有趣的论文，标题为生酮饮食在阿尔茨海默小鼠模型中缓解认知损伤并减轻炎症反应。本文刊载于Wiley旗下的杂志CNSneuroscience&therapeutic。自2008年创立以来，这本刊物的影响因子一直不温不火地徘徊在3-4的区间。但是从18-19年开始本刊发展势头迅猛，影响因子一路上涨，截至今年已经突破7。本文的第一作者许云龙博士和通讯作者朱英杰研究员均来自中科院深圳先进技术研究院。

引言

在本文中，研究者探讨了生酮饮食对阿尔茨海默模型小鼠的治疗作用。利用5xFAD模型鼠以及多种行为学、组织学手段，作者发现生酮饮食干预可以显著减轻AD模型鼠的神经炎症，阻止AD模型鼠神经元和突触的丢失从而减轻AD模型鼠的认知功能损伤。

结果

图1本文实验流程图，包含饮食干预和行为测试

图2旷场实验检测不同饮食干预的AD模型鼠和野生鼠的运动能力和焦虑水平

在确认动物的运动和情绪水平未受改变后，研究者对动物的学习记忆能力进行了检验。

当研究动物学习记忆能力时我们通常会设置“一长一短”两种行为范式。具体而言，我们分别需要分别设置一个长期记忆（参考记忆）科目和一个短期记忆（工作记忆）科目，通过两种行为学实验的结果交叉验证从而阐明不同组别动物之间学习记忆能力的差别。

在本研究中，作者使用Barnes迷宫对动物的空间学习记忆能力进行测试（图3B）。Barnes迷宫可以被看为是Morris水迷宫的陆地版，相比水迷宫实验，Barnes迷宫对动物的体能消耗更小，动物的应激水平也更低。另外，研究者选用T迷宫作为工作记忆的范式（图3F）。T迷宫，或者与其相似的Y迷宫都是检验动物工作记忆的常用范式。研究者在本文设计了一个“延迟非配对”任务训练动物在两次连续的试验中分别向迷宫的两臂移动。

同时，T迷宫实验的结果与Barnes迷宫的结果相吻合。普通饮食处理的AD模型鼠在任务正确率上显著低于野生型对照鼠，而生酮饮食组AD模型鼠在T迷宫中的任务正确率则相比普通饮食组存在显著的提升（图3G）。

综上，在AD模型鼠发病之后采取生酮饮食干预使得模型鼠的认知障碍症状得到了显著的缓解，提示生酮饮食治疗AD导致认知损伤治疗方案的潜力。

图3生酮饮食可以缓解5xFAD模型鼠的认知功能损伤

除了认知障碍外，皮层和海马区神经元的丢失和突触的损伤也是AD的典型症状。因此研究者接下来在检验了生酮饮食干预对神经元和突触的保护效果。首先，作者分别使用突触素（Synaptophysin）和PSD95两种抗体对海马齿状回组织的切片进行免疫荧光染色。突触素是突触前小泡的标志蛋白，而PSD95是突触后致密带蛋白，两种抗体分别代表了突触的两个组成部分。结果显示，无论是突触素还是PSD95，在AD模型鼠中量的相比野生鼠均显示出显著的下降，表明随着AD病程的进展所表现出的突触缺失（图4A和C）。而在生酮饮食干预的AD模型鼠中两种标志蛋白的斑块数量相比普通饮食的模型鼠均表现出一定的回升（图4B和D），提示生酮饮食干预可以部分阻止5xFAD鼠中突触的损伤。

同时，使用成熟神经元标志物NeuN免疫荧光染色，研究者还检验了生酮饮食对AD模型鼠中神经元丢失的保护作用。结果显示，11月龄的5xFAD鼠中发生了神经元大量缺失的现象，而生酮饮食则在一定程度上抑制了NeuN阳性细胞丢失的现象（图4E-H）。

为了判定突触的缺失原发还是是由神经元死亡所导致的，研究者使用高尔基银染的办法对皮层和海马区幸存神经元树突的形态进行了观察（图4I）。结果表明AD模型鼠中单位长度树突棘的密度显著低于野生鼠，而在生酮饮食处理的AD模型鼠中树突棘的密度则得到了有效的恢复（图4J）。以上结果进一步证明生酮饮食可以在一定程度上阻止AD模型鼠中突触和神经元的损伤。

图4生酮饮食阻止了AD模型鼠中神经元和突触的丢失

除了细胞丢失和认知障碍外，AD的典型病理特征还包括β-淀粉样蛋白（βamyloid，Aβ）的沉积、tau蛋白的缠结以及小胶质细胞的激活等。因此在接下来的研究中，作者对这几项指标进行了检测。免疫荧光结果表明，普通饮食组AD模型鼠中出现了大量Aβ斑块积累，而生酮饮食处理的AD模型鼠中Aβ斑块的面积则显著更小（图5A和B）。小胶质细胞标志物Iba-1染色的结果表明AD模型鼠中小胶质细胞的激活水平显著高于野生鼠，形态也显著膨大（图5C和E）；而生酮饮食处理的AD模型鼠中小胶质细胞的激活水平和形态则与野生鼠相当（图5C和D）。同时，研究者还检查了脑组织中部分炎性因子的表达水平，ELISA结果显示在皮层和海马两个脑区中，生酮饮食干预均可以显著减轻AD模型引发的IL-1β和TNF-α表达量的上升（图5G-5J）。

图5生酮饮食可以减轻5xFAD小鼠中Aβ的沉积和小胶质细胞的活化