这项研究由来自加拿大麦吉尔大学（McGill University）Douglas医院研究中心的John Ying、Alexandra Keinath等学者领衔，于2022年发表在《Nature Communications》期刊上。研究聚焦阿尔茨海默病（AD）早期阶段内侧内嗅皮层（medial entorhinal cortex, MEC）网格细胞网络的功能损伤机制，通过转基因小鼠模型揭示了β-淀粉样蛋白（Aβ）病理对空间记忆神经环路的关键影响。

学术背景

阿尔茨海默病的家族性早发型（familial AD）以Aβ蛋白的异常积累为主要特征，但其对神经编码的早期影响尚不明确。既往研究表明，临床前AD患者和轻度认知障碍患者的空间记忆缺陷与Aβ病理相关，而MEC-海马环路是空间记忆的关键神经基础。该环路包含海马的位置细胞（place cells）、MEC的网格细胞（grid cells）、头方向细胞（head-direction cells）等多种空间调谐神经元。理论模型认为这些细胞协同支持空间记忆，但Aβ病理如何影响这些细胞群体仍属未知。本研究旨在阐明早期Aβ病理对MEC-海马环路中空间编码特性的选择性破坏机制。

研究流程

1. 研究对象与模型构建

研究采用J20转基因小鼠模型（过表达人类淀粉样前体蛋白突变体APP），分为年轻组（3-4.5月龄）和成年组（4.5-7月龄），以非转基因（NTG）小鼠为对照。通过组织学确认，这些小鼠在6月龄时MEC和海马区仅有少量Aβ纤维沉积，未出现晚期AD特征的广泛斑块，但已存在神经元损失、突触终端密度降低等早期病理变化。

2. 单细胞电生理记录

• MEC神经元记录：在38只APP和30只NTG小鼠的MEC植入微电极阵列，记录小鼠在开放场环境中自由探索时的神经元活动，共分析4524个细胞。通过离线排序（offline sorting）分离单个神经元，计算其空间周期性（gridness score）、方向选择性（mean resultant length）等参数。
• 海马CA1区记录：在6只成年APP和6只NTG小鼠中记录992个CA1区位置细胞的活动，评估其空间调谐特性。
• 新型分析方法：开发了分割率图稳定性分析（partitioned rate map stability analysis），通过将记录时段划分为10个3分钟区间，计算交叉相关以量化网格细胞的空间相位漂移（2D displacement）。

3. 路径整合行为实验

独立队列小鼠（12只年轻APP、9只成年APP、10只年轻NTG、8只成年NTG）在黑暗环境中完成食物搜寻-返回避难所任务，量化其初始方向误差、路径效率等指标。实验通过深度学习轨迹追踪（DeepLabCut）分析行为数据。

4. 分子标记分析

采用免疫自显影技术检测MEC和CA1区的突触标记物（vGLUT1、vGLUT3、vGAT等），通过线性混合模型（linear mixed model）分析基因型对标记物表达的影响。

主要结果

1. 网格细胞空间编码的年龄依赖性损伤：成年APP小鼠的网格细胞空间周期性（grid score）和空间信息量显著降低（p=1×10⁻⁷），而年轻APP小鼠与对照组无差异（图1）。网格细胞的放电率未受影响，但空间稳定性下降，表现为分区率图的2D位移增加（p=0.0025，图3）。
2. 其他空间编码神经元的保留：头方向细胞的方向选择性和非网格空间细胞的场大小在APP小鼠中保持完整（图2a-b）。海马位置细胞的空间调谐亦未受破坏（图2c），但其平均放电率升高，与CA1区vGLUT1表达增加一致。
3. 网络水平异常：网格细胞与中间神经元（interneurons）、头方向细胞的尖峰时间同步性（spike-time synchrony）在APP小鼠中降低（p=1.3×10⁻⁵，图4），提示局部环路的时间整合功能受损。
4. 行为学关联：成年APP小鼠在路径整合任务中表现出更高的初始方向误差（p=9.5×10⁻¹⁷）和路径效率下降（p=3.9×10⁻¹¹），与网格细胞缺陷程度正相关（图5）。
5. 分子机制：MEC中vGLUT3（CCK阳性中间神经元标记）表达增加，表明特定抑制性环路异常；CA1区vGLUT1升高则支持AD早期海马过度兴奋的假说。

结论与价值

本研究首次证实，Aβ病理在AD早期选择性破坏MEC网格细胞网络，导致其空间周期性和稳定性下降，而其他空间编码神经元（如头方向细胞、位置细胞）保持完整。这种特异性损伤与路径整合行为缺陷直接相关，为AD空间记忆障碍提供了环路水平的解释。科学价值在于： 1. 机制层面：揭示了网格细胞对Aβ病理的敏感性，提出“时间解耦”（temporal decoupling）是早期功能损伤的关键机制。 2. 临床意义：网格细胞完整性和路径整合任务或可作为家族性和散发性AD的早期生物标志物。 3. 方法创新：开发的分割稳定性分析和跨实验平台（电生理-行为-分子）整合策略为神经退行性疾病研究提供了新范式。

研究亮点

• 创新性发现：首次在Aβ病理早期阶段观察到网格细胞网络的特异性功能解体。
• 技术贡献：结合高精度单细胞记录、行为量化算法（DeepLabCut）和突触标记物分析。
• 理论突破：提出“局部环路时间解耦”假说，补充了传统Aβ毒性理论对神经编码的影响机制。

此外，研究还提示未来需探索tau蛋白病理与网格细胞损伤的关系，并验证跨物种（如人类fMRI研究）的网格信号异常是否与AD风险基因（如APOE-ε4）相关。