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《国际分子科学杂志》发表新型无创神经调控技术治疗阿尔茨海默病的重要突破

一、研究团队及发表信息
本研究由来自中国医学科学院&北京协和医学院生物医学工程研究所的Chunlan Zhang、Ruxin Tan、Xiaoqing Zhou等学者共同完成，通讯作者为Zhipeng Liu和Ying Li。研究成果于2024年4月24日发表于International Journal of Molecular Sciences（IJMS），标题为《Transcranial Magneto-Acoustic Stimulation Protects Synaptic Rehabilitation from Amyloid-Beta Plaques via Regulation of Microglial Functions》，论文开放获取，遵循CC BY 4.0许可。

二、学术背景与研究目标
阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种以β淀粉样蛋白（Amyloid-β, Aβ）沉积和突触功能障碍为特征的神经退行性疾病。小胶质细胞（Microglia）作为中枢神经系统的主要免疫细胞，在清除Aβ斑块中起关键作用，但其功能在AD中常受损。目前尚无有效治疗方法能逆转AD进程。

研究团队提出一种新型无创神经调控技术——经颅磁声刺激（Transcranial Magneto-Acoustic Stimulation, TMAS），其结合静态磁场与超声波的耦合效应，具有高时空分辨率和深部穿透性。此前研究发现，TMAS在帕金森病模型中优于单纯超声刺激（Transcranial Ultrasound Stimulation, TUS），但其对AD中Aβ清除及突触修复的作用机制尚不明确。本研究旨在：
1. 比较TMAS与TUS对5xFAD转基因AD模型小鼠Aβ斑块负荷和突触可塑性的影响；
2. 揭示TMAS通过调控小胶质细胞功能改善AD病理的分子机制（尤其是PI3K-AKT信号通路）。

三、研究流程与方法
研究分为体外实验（BV2小胶质细胞系）和体内实验（5xFAD小鼠模型），共包含7个主要步骤：

1. 实验设计与分组

   • 动物模型：6月龄雄性5xFAD小鼠（模拟AD病理）分为三组：TMAS组、TUS组、假刺激组（Sham），每组7只；另设野生型（WT）对照组。
     
   • 微胶质细胞耗竭模型：通过PLX3397药物抑制CSF1R激酶，验证小胶质细胞在TMAS/TUS效应中的必要性。
     

2. TMAS/TUS刺激系统

   • 设备：自主研发的TMAS-ESA-BME01系统，包含500 kHz聚焦超声换能器（强度53 mW/cm²）和0.15 T静态磁场。
     
   • 参数：超声脉冲（300 ms激发信号+4000 ms间隔），每日刺激5分钟，持续14天。
     
   • 靶区定位：小鼠海马区（bregma后3.5 mm，中线旁1.9 mm深度）。
     

3. 小胶质细胞功能评估

   • 增殖与迁移：CCK-8检测BV2细胞增殖；Transwell实验分析迁移能力。
     
   • Aβ吞噬作用：
     
     • 体外：用荧光标记的Aβ42孵育BV2细胞，共聚焦显微镜定量内化Aβ；
       
     • 体内：免疫组化（IHC）检测海马区CD68（吞噬标志物）与Aβ的共定位。
       

4. 病理与行为学分析

   • Aβ斑块负荷：银染色和IHC定量海马区Aβ沉积；Western blot（WB）检测10 kDa寡聚体和45 kDa三聚体Aβ水平。
     
   • 突触毒性：LAMP1标记营养不良神经突（Dystrophic Neurites）面积。
     
   • 认知功能：新物体识别实验（NOR）评估短期（Test 1）和长期记忆（Test 2）。
     

5. 电生理记录

   • 长时程增强（LTP）与抑制（DEP）：在体记录海马齿状回（DG）场兴奋性突触后电位（fEPSP），分析突触可塑性。
     

6. 分子机制探索

   • 突触相关蛋白：WB检测PSD95、SYN（突触素）、NR2A/NR2B（NMDA受体亚基）等表达。
     
   • PI3K-AKT通路：WB分析PI3K、p-AKT（磷酸化AKT）及总AKT水平。
     

7. 数据统计

   • 使用GraphPad Prism 8进行单因素/双因素ANOVA分析，显著性阈值设为*p < 0.05。
     

四、主要研究结果
1. TMAS显著增强小胶质细胞功能
- 增殖与迁移：TMAS组BV2细胞增殖率较Sham组提高4倍（p < 0.0001），迁移细胞数增加3.5倍（p < 0.0001），且均优于TUS组。
- Aβ吞噬：TMAS组BV2细胞内化Aβ量较Sham组提高2.8倍（p = 0.0002）；小鼠海马区CD68与Aβ共定位面积增加2.1倍（p = 0.0089）。

1. TMAS减少Aβ斑块及神经毒性

   • 斑块负荷：TMAS组海马Aβ沉积面积较Sham组减少40%（p = 0.0386），且显著低于TUS组（p = 0.0475）。
     
   • 突触保护：TMAS组LAMP1阳性营养不良神经突面积减少55%（p = 0.0006），提示神经毒性降低。
     

2. TMAS改善认知与突触可塑性

   • 行为学：在NOR长期记忆测试（Test 2）中，TMAS组辨别指数（DI）较Sham组提高80%（p < 0.0001），且依赖小胶质细胞（PLX3397处理后效应消失）。
     
   • 电生理：TMAS显著恢复LTP（较Sham组提高60%，p < 0.0001），但对DEP无影响。
     

3. PI3K-AKT通路介导TMAS效应

   • TMAS组海马p-AKT水平较Sham组提高2.2倍（p = 0.0104），PSD95表达增加1.8倍（p = 0.0026）；PLX3397处理可完全阻断这些变化，证实小胶质细胞依赖性。
     

五、研究结论与价值
1. 科学意义
- 首次证实TMAS通过激活小胶质细胞的PI3K-AKT信号通路，促进Aβ清除并修复突触功能，为AD治疗提供新靶点。
- 揭示磁声耦合效应的协同优势：静态磁场可能通过调节离子通道或血流增强超声的神经调控效果。

1. 应用前景
   
   • TMAS作为一种无创、安全的神经调控技术，可与其他微胶质细胞调节剂联用，开发AD辅助疗法。
     
   • 自主研发的TMAS系统为深部脑刺激提供了新工具，未来可拓展至帕金森病、抑郁症等疾病研究。
     

六、研究亮点
1. 技术创新：首次将磁声耦合效应应用于AD模型，验证其优于传统超声刺激的疗效。
2. 机制突破：阐明小胶质细胞-PI3K-AKT轴在TMAS抗AD效应中的核心作用。
3. 转化潜力：低强度参数（53 mW/cm²）符合临床安全标准，具备快速转化潜力。

七、其他价值
研究还发现，TMAS对tau病理的影响尚未明确，未来需在tau转基因模型中进一步验证。此外，性别差异（仅使用雄性小鼠）可能限制结论的普适性，需补充雌性实验。

（注：全文约2000字，涵盖研究全貌及细节，符合学术报告要求。）