《NeuroImage》：Longitudinal P2X7R and Myelin PET Reveal Distinct Neuroinflammatory and White Matter Signatures Compared with TSPO PET and DTI-MRI in the TgF344-AD rat model
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本研究针对阿尔茨海默病(AD)中神经炎症与髓鞘脱失的时序关系不清等问题，研究人员通过纵向PET成像，在TgF344-AD大鼠模型中对比评估了P2X7R、TSPO和髓鞘的动态变化。结果发现P2X7R过表达主要与衰老相关，而TSPO神经炎症与AD模型髓鞘丢失及认知衰退相关，支持该模型用于早期AD病理研究。该研究为揭示AD不同病理过程间的相互作用提供了新视角。
阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）是一种毁灭性的神经退行性疾病，传统上以其两大病理特征——β淀粉样蛋白（Aβ）斑块沉积和Tau蛋白神经原纤维缠结——而为人熟知。然而，越来越多的证据表明，大脑中的免疫细胞，特别是小胶质细胞的持续激活（即神经炎症），以及大脑白质的髓鞘脱失，在AD的发病和进展中扮演着关键角色。理解神经炎症与髓鞘损伤谁先谁后、以及它们如何相互作用，对于全面认识AD病理机制至关重要。
目前，利用正电子发射断层扫描（PET）这种先进的分子影像技术，可以在活体上无创地观察大脑内部的病理变化。用于检测神经炎症的经典靶点是转运蛋白（TSPO），但其应用存在一定局限性，促使科学家寻找新的靶点，例如嘌呤能离子通道受体P2X7R（P2X7 Receptor）。同时，髓鞘的损失也逐渐被认为是AD的一个核心标志，但能够在活体中同时、动态地观察神经炎症和髓鞘变化的研究尚属空白。
为了解决这些问题，并深入探究AD病理过程中神经炎症与髓鞘丢失的复杂关系，研究人员在《NeuroImage》杂志上发表了一项创新性研究。他们选用了能够较好模拟人类AD病理特征的TgF344-AD转基因大鼠模型，进行了一项长达近两年（从4月龄到22月龄）的纵向成像研究。
为了开展这项复杂的研究，作者团队主要运用了几项关键技术。研究核心是纵向多示踪剂PET成像：使用靶向P2X7R的[18F]JNJ-64413739、靶向TSPO的[18F]DPA-714以及可结合髓鞘基本蛋白的[18F]Florbetaben作为示踪剂，在不同时间点对同一批TgF344-AD大鼠和野生型对照大鼠进行扫描。此外，在老年大鼠（22月龄）中还进行了扩散张量成像（DTI-MRI）以评估白质微观结构。研究还辅以离体实验进行验证，包括放射自显影、免疫荧光、硫黄素S染色、Florbetaben荧光染色和劳克坚牢蓝染色等。实验动物为雌性TgF344-AD大鼠和野生型F344大鼠。
研究结果
3.1. 动物
研究表明TgF344-AD雌性大鼠模型非常强壮，能够耐受多次麻醉和成像扫描，适合进行长期的纵向研究。两组大鼠的存活率无显著差异，但在老年阶段（20月龄后），AD大鼠出现了平均8%的体重下降，而对照组则没有。
3.2. 纵向[18F]JNJ-64413739 PET成像
对P2X7R表达的纵向监测显示，无论是AD大鼠还是野生型对照大鼠，从8月龄到22月龄，其大脑多个区域（如皮层、海马、纹状体）的[18F]JNJ-64413739摄取均呈现随年龄增长而增加的趋势。然而，在任何一个时间点或脑区，AD大鼠与野生型大鼠之间均未发现显著的基因型差异。这表明P2X7R的表达上调主要与衰老过程本身相关，而非由AD基因型特异驱动。
3.3. [18F]JNJ-64413739离体放射自显影
高分辨率的离体放射自显影结果与活体PET观察一致，显示了[18F]JNJ-64413739在脑组织中的广泛结合，且在胼胝体等白质区域有较高摄取。同源阻断实验表明结合具有高度特异性。AD组织与WT组织之间的结合比值无显著统计学差异。
3.4. [18F]DPA-714 PET成像
作为对比，在22月龄时使用金标准TSPO示踪剂[18F]DPA-714进行成像。结果发现，AD大鼠在所有检测的脑区（包括皮层、海马、纹状体、脑干和小脑）的示踪剂摄取均显著高于野生型对照大鼠，差异非常明显。这表明在TgF344-AD模型中存在明确的、与AD病理相关的神经炎症反应。
3.5. [18F]DPA-714离体放射自显影
离体实验同样证实了[18F]DPA-714在AD组织中的结合强度显著高于WT组织，甚至在小脑区域也是如此，这限制了将小脑作为[18F]DPA-714 PET分析的理想参考区域。
3.6. 免疫荧光
免疫荧光分析显示，AD大鼠海马区存在大量圆形（阿米巴样）的Iba1阳性小胶质细胞，表明其处于活化状态；而对照组的小胶质细胞则具有更长的分支。TSPO阳性细胞在AD动物中更为丰富。围绕淀粉样斑块可见Iba1阳性小胶质细胞和GFAP阳性星形胶质细胞聚集的神经炎症反应，P2X7R和TSPO表达与小胶质细胞共定位，而非星形胶质细胞。
3.7. 纵向[18F]Florbetaben PET成像
利用[18F]Florbetaben评估髓鞘含量的纵向研究显示，该示踪剂在检测AD大鼠的淀粉样斑块方面效果不佳，可能由于斑块负荷低和系统分辨率限制。因此，研究人员将重点放在白质丰富的区域（如纹状体和脑干）来评估髓鞘变化。在脑干区域，野生型大鼠的髓鞘含量在早期（4至8月龄）快速增长后趋于稳定，而AD大鼠的髓鞘生成初期较慢，但在12月龄后达到与WT相似水平。最关键的是，在20月龄时，AD大鼠脑干区域的[18F]Florbetaben摄取出现显著下降，提示发生了与AD病理相关的髓鞘脱失。
3.8-3.11. 离体验证实验
离体放射自显影显示[18F]Florbetaben在白质区域有广泛且不可置换的结合。硫黄素S染色证实了老年AD大鼠皮层和海马中存在淀粉样斑块。Florbetaben荧光染色显示了其对斑块和白质的双重结合特性。劳克坚牢蓝染色在定性分析中未发现AD与WT大鼠间有显著的髓鞘含量差异。
3.12. 扩散张量成像MRI
DTI-MRI在22月龄大鼠中检测了多个脑区的白质完整性参数，包括各向异性分数（FA）、平均扩散系数（MD）、径向扩散系数（RD）和轴向扩散系数（AD）。结果显示，AD大鼠与WT大鼠在众多脑区（如皮层、海马、胼胝体等）的这些参数上存在显著差异。特别是FA的增加和RD的降低组合，提示了AD大鼠存在复杂的白质微观结构改变，可能涉及髓鞘脱失和神经胶质增生等结构性重组。
研究结论与意义
本研究的核心结论在于清晰区分了不同影像学生物标志物在揭示AD病理过程中的独特价值。首先，研究发现P2X7R的表达上调在TgF344-AD大鼠中主要是一种与衰老相关的现象，而非AD特异的神经炎症标志。相比之下，经典的TSPO成像（[18F]DPA-714 PET）则能明确揭示该AD模型中存在的基因型依赖性神经炎症。
其次，研究创新性地利用[18F]Florbetaben PET的脱靶结合特性来评估髓鞘含量，并首次在TgF344-AD模型中进行了纵向追踪。结果揭示了AD大鼠在生命晚期（20月龄）出现显著的髓鞘丢失，这一时间点与之前报道的该模型出现认知功能下降的时间相吻合，提示髓鞘损伤可能是AD相关认知衰退的一个重要因素。DTI-MRI的结果进一步支持了存在白质微结构异常的观点。
最重要的是，本研究未能建立P2X7R介导的神经炎症与观察到的髓鞘脱失之间的直接联系。然而，TSPO所标识的神经炎症则与髓鞘丢失同时增强，表明在TgF344-AD模型中，TSPO是比P2X7R更敏感的AD相关炎症标志物，且与白质病理关联更密切。
综上所述，这项研究通过精巧的纵向多模态成像设计，生动描绘了TgF344-AD大鼠模型中神经炎症（分别通过P2X7R和TSPO评估）与白质完整性（通过髓鞘PET和DTI-MRI评估）随年龄变化的动态图谱。它不仅证实了TgF344-AD模型适用于研究AD早期的神经炎症和白质完整性变化，还强调了在解读影像学生物标志物时考虑衰老因素以及选择合适靶点的重要性。该研究为理解AD不同病理过程间的复杂相互作用提供了新的重要见解，并展示了多靶点PET成像在追踪神经退行性疾病进展方面的巨大潜力。
