《Journal of Advanced Research》：Ursolic acid reduces Aβ-driven aggression via Gab1-mediated autophagy and dorsal hippocampal circuit modulation in Alzheimer’s disease
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本研究针对阿尔茨海默病（AD）中最棘手的神经精神症状——攻击行为，首次揭示了Aβ沉积通过诱发背侧海马CA3区（dCA3）至背外侧隔核（dLS）神经环路超兴奋性驱动攻击行为的新机制，并发现天然化合物熊果酸（UA）可通过下调支架蛋白Gab1表达，激活自噬通路（表现为LC3B-II上调和p62降解），促进Aβ清除，从而抑制dCA3-dLS环路过度活跃，持续缓解攻击行为。该研究为AD神经精神症状的治疗提供了新型靶点和候选药物。
在阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）漫长的疾病进程中，除了为人熟知的记忆衰退和认知障碍，高达90%的患者还会遭受各种神经精神症状（Neuropsychiatric Symptoms, NPS）的困扰。其中，攻击行为（Aggression）尤为突出，影响着约70%的AD患者和7.5%的轻度认知障碍（Mild Cognitive Impairment, MCI）患者。这些症状表现为身体上的躁动或言语上的敌意，不仅严重降低患者的生活质量，也给照护者带来巨大的负担。然而，目前针对AD相关攻击行为的治疗手段，如抗精神病药物和心理社会干预，效果十分有限，且常伴随副作用。其根本原因在于，驱动此类行为的深层神经机制至今仍笼罩在迷雾之中。
AD的病理特征之一是β-淀粉样蛋白（Amyloid-β, Aβ）在大脑皮层和海马等区域的异常沉积。海马作为学习、记忆和情绪调节的关键脑区，其不同亚区（如CA1、CA3、齿状回DG）对Aβ的敏感性不同，但Aβ沉积究竟如何影响特定的海马神经环路，进而引发攻击行为，是一个尚未被探索的关键科学问题。另一方面，熊果酸（Ursolic Acid, UA）是一种天然的五环三萜类化合物，存在于多种中药植物中，已知具有抗炎、抗氧化和神经保护等多种药理活性。先前的研究表明，UA能够通过激活转录因子EB（Transcription Factor EB, TFEB）来增强自噬（Autophagy），从而减少另一种AD相关的病理性蛋白——Tau蛋白的聚集。但是，UA是否能够改善Aβ病理及其驱动的攻击行为，以及它是否通过调节特定的神经环路发挥作用，仍然是未知领域。
为了解决这些难题，由华中科技大学同济医学院附属协和医院中西医结合科的胡德胜教授、王建枝教授、杨莹教授和皮桂林博士等领导的研究团队，在《Journal of Advanced Research》上发表了一项重要研究。他们综合运用了病毒追踪、在体光纤记录（Fiber Photometry）、光遗传学（Optogenetics）、化学遗传学（Chemogenetics）、电生理记录、蛋白质组学（Proteomics）和分子生物学等多种前沿技术，旨在系统揭示AD中Aβ驱动攻击行为的神经环路机制，并深入探究UA的治疗潜力。
关键技术方法概述
研究主要使用了5xFAD转基因AD模型小鼠和其野生型（Wild-type, Wt）同窝小鼠。关键技术包括：1）行为学测试（居民-入侵者范式，Resident-Intruder Test）评估攻击行为；2）病毒介导的神经环路追踪（顺行/逆行示踪）和操控（光遗传学激活/抑制，化学遗传学抑制）技术解析dCA3至dLS环路的功能；3）在体钙信号光纤记录技术实时监测攻击行为中dCA3-dLS环路的神经元活动；4）脑片膜片钳电生理技术记录神经元兴奋性；5）蛋白质组学分析筛选差异表达蛋白；6）Western Blot和免疫荧光染色技术检测Gab1蛋白、自噬标志物（LC3B-II, p62）、Aβ沉积等分子变化；7）病毒介导的基因敲低（Knockdown）和过表达技术验证Gab1的关键作用。
研究结果
1. 背侧海马CA3区在Aβ诱导的攻击行为中起关键作用
研究人员首先证实，6月龄的5xFAD小鼠在居民-入侵者测试中表现出明显的攻击行为增强，如攻击潜伏期缩短、攻击总时间和次数增加。免疫荧光染色显示Aβ斑块在5xFAD小鼠的背侧海马CA3区（dCA3）和齿状回（DG）有显著沉积。为了确定哪个亚区是关键，他们利用病毒工具特异性损毁了dCA3或DG的兴奋性神经元。结果发现，损毁dCA3的兴奋性神经元能够显著缓解5xFAD小鼠的攻击行为，而损毁DG神经元则无此效果。这表明dCA3，而非DG，是介导Aβ驱动攻击行为的关键海马亚区。
2. dCA3-dLS环路过度兴奋与Aβ诱导的攻击行为密切相关
通过病毒追踪技术，研究人员确认dCA3区与背外侧隔核（dLS）之间存在强大的单突触谷氨酸能投射，即dCA3-dLS神经环路。电生理记录发现，5xFAD小鼠dCA3区中投射到dLS的神经元（通过逆行示踪剂CTB标记）内在兴奋性显著增高。在攻击行为发生后，这些神经元中即刻早期基因c-Fos的表达也更高，说明其在攻击过程中被强烈激活。更重要的是，利用在体光纤记录技术实时监测dCA3-dLS环路在攻击行为中的钙活动，发现5xFAD小鼠该环路的神经元活动峰值（ΔF/F）显著高于野生型小鼠。这些结果强有力地表明，Aβ诱导的攻击行为与dCA3-dLS环路的过度兴奋密切相关。
3. dCA3-dLS环路输入促进攻击行为
为了验证该环路的功能，研究者在野生型小鼠的dCA3区表达光敏感通道蛋白。光遗传学激活dCA3投射到dLS的神经末梢，可以诱导出攻击行为（如攻击时间延长）；相反，抑制该环路则可以减少攻击行为。通过向dLS局部灌注谷氨酸受体拮抗剂，可以阻断光激活诱导的攻击行为，证实了该环路是通过释放谷氨酸来发挥作用。
4. 抑制dCA3-dLS环路可缓解5xFAD小鼠的攻击行为
那么，抑制过度活跃的dCA3-dLS环路能否治疗AD模型小鼠的攻击行为呢？答案是肯定的。研究人员在5xFAD小鼠的dCA3-dLS环路上分别进行了光遗传学抑制和化学遗传学抑制。两种方法均能有效缓解5xFAD小鼠的攻击行为，表现为攻击潜伏期延长，攻击时间和次数减少。这证明抑制dCA3-dLS环路的过度兴奋是改善AD相关攻击行为的有效策略。
5. UA给药通过抑制dCA3-dLS环路和减少Aβ积累来减轻Aβ诱导的攻击行为
接下来，研究人员探讨了天然化合物熊果酸（UA）的治疗潜力。他们给5xFAD小鼠灌胃不同剂量的UA（5, 10, 15 mg·kg-1·d-1）一个月。结果显示，中、高剂量的UA能显著减少dCA3区的Aβ斑块负荷和可溶性Aβ42/Aβ40比值。行为学上，高剂量UA治疗能有效缓解5xFAD小鼠的攻击行为。在体光纤记录表明，UA治疗显著抑制了攻击行为中dCA3-dLS环路的钙活动。最关键的是，如果在UA治疗的同时，利用光遗传学或化学遗传学手段人为地重新激活dCA3-dLS环路，则会完全抵消UA对攻击行为的改善作用。这说明UA缓解攻击行为的效果，很大程度上是通过抑制dCA3-dLS环路的过度兴奋来实现的。
6. 蛋白质组学鉴定Gab1为UA的关键作用靶点
UA是如何发挥上述作用的？其分子靶点是什么？为了回答这个问题，研究人员对dCA3组织进行了无偏见的蛋白质组学分析。比较野生型、5xFAD模型和UA治疗的5xFAD小鼠三组的蛋白质表达谱，他们发现支架蛋白Gab1（Grb2-associated binding protein 1）在5xFAD小鼠的dCA3区表达显著上调，而UA治疗能使其表达恢复正常。Western Blot和免疫荧光染色验证了这一结果。同时，自噬流检测发现5xFAD小鼠自噬受损（p62积累，LC3B-II减少），而UA治疗能逆转这一现象，增强自噬。进一步机制探索发现，UA可能通过下调Gab1，进而抑制细胞外信号调节激酶（ERK）的磷酸化（p-ERK），从而解除对自噬的抑制。
7. 敲低Gab1模拟了UA对Aβ诱导攻击行为的保护作用
为了确认Gab1的关键作用，研究人员在5xFAD小鼠的dCA3区特异性敲低了Gab1基因。结果发现，敲低Gab1不仅能模拟UA的效果——增强自噬、减少Aβ沉积、缓解攻击行为，还能降低dCA3-dLS环路的兴奋性。相反，如果在UA治疗的同时，在dCA3区过表达Gab1，则会阻断UA带来的自噬增强、Aβ清除、环路抑制和攻击行为改善等一系列有益效应。这些增益和损失功能实验充分证明，Gab1是UA发挥作用的关键下游靶点。UA通过下调Gab1，激活自噬，促进Aβ清除，进而抑制dCA3-dLS环路的过度兴奋，最终缓解AD相关的攻击行为。
研究结论与意义
这项研究系统地阐明了一条从分子到环路的全新机制，用以解释AD中Aβ如何引发攻击行为：Aβ在海马dCA3区的沉积，通过上调支架蛋白Gab1，抑制自噬流，导致Aβ进一步清除障碍；累积的Aβ（特别是寡聚体）会引起dCA3区投射至dLS的神经元过度兴奋，从而驱动攻击行为。
该研究的创新性和重要意义在于：
- 1.
发现新机制： 首次揭示dCA3-dLS神经环路的过度兴奋是AD攻击行为的关键环路基础，这不同于以往报道的其他与攻击相关的脑环路。
- 2.
确定新靶点： 发现Gab1是连接Aβ病理、自噬障碍和神经环路异常的关键分子节点。
- 3.
提出新策略： 首次报道天然化合物熊果酸（UA）能够通过调控Gab1-自噬轴，同时实现Aβ清除和神经环路功能正常化，从而有效缓解AD模型小鼠的攻击行为。UA具有良好的血脑屏障透过性，其脂质体制剂已进入肿瘤临床研究，这为其未来用于AD相关神经精神症状的治疗转化提供了令人期待的前景。
- 4.
提供新视角： 研究展示了如何将分子靶点（Gab1）、细胞过程（自噬）、神经环路（dCA3-dLS）和复杂行为（攻击）多层次地联系起来，为理解和发展AD神经精神症状的精准治疗策略提供了新颖而重要的框架。
总之，这项研究不仅深化了我们对AD行为症状背后机制的理解，也为开发针对Gab1和自噬通路的新型疗法，以及利用熊果酸等天然产物干预AD提供了坚实的理论和实验依据。未来，探索Gab1在不同性别AD模型中的作用，以及其在其他神经精神疾病中的功能，将有望开辟神经科学和神经病学治疗的新范式。
