综述：阿尔茨海默病小鼠模型中星形胶质细胞Ca2+信号失调：重新审视过度活动的教条

《Biomolecules》：Astrocyte Ca2+ Dysregulation in Alzheimer’s Disease Mouse Models: Revisiting the Dogma of Hyperactivity Alessandro Di Spiezio and Micaela Zonta

这篇综述系统回顾了阿尔茨海默病（AD）小鼠模型中星形胶质细胞内Ca2+信号的变化。文章挑战了过去认为AD中星形胶质细胞普遍存在Ca2+“过度活动”的传统观点，整合了近期揭示“活动低下”的研究，呈现了一个更为复杂和异质性的图景。作者通过对比不同AD模型、疾病阶段、脑区及研究方法，指出Ca2+信号失调（包括过度活动和活动低下）是AD病理中一个关键特征，其具体表型取决于多种因素，并与淀粉样蛋白（Aβ）寡聚体、神经炎症及内质网（ER）Ca2+稳态等分子机制密切相关。

　　

星形胶质细胞与Ca²⁺信号通路

星形胶质细胞是大脑稳态的核心调节者，远不止发挥营养和支持作用。它们通过表达丰富的受体感知环境变化，其中细胞内第二信使Ca²⁺的信号通路尤为关键。Ca²⁺浓度的增加可触发多种胶质递质（如谷氨酸、GABA、ATP、D-丝氨酸等）的释放，从而主动调节突触传递、神经元兴奋性，并最终影响记忆等高级脑功能。因此，监测星形胶质细胞Ca²⁺信号已成为评估其功能活性的标准方法之一。

星形胶质细胞激活细胞内Ca²⁺信号的主要通路之一涉及G蛋白偶联受体（GPCRs），如代谢型谷氨酸受体（mGluRs）、嘌呤能受体（P2YRs）和肾上腺素能受体（ARs）。配体结合后，Gq受体激活磷脂酶C（PLC），后者将磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP₂）转化为肌醇1,4,5-三磷酸（IP₃）和二酰基甘油（DAG）。IP₃与内质网（ER）上的IP₃受体（IP₃Rs）结合，促使储存的Ca²⁺释放到细胞质中。ER的大量消耗会触发一种称为储存操纵性钙内流（SOCE）的机制。此外，星形胶质细胞还表达离子型受体和离子通道（如TRPA1、Piezo1），允许细胞外Ca²⁺直接内流。谷氨酸转运体1（GLT-1）的激活也可通过钠钙交换体（NCX）的反向模式促进Ca²⁺内流。这些Ca²⁺信号源还可能触发钙诱导的钙释放（CICR），形成再生性Ca²⁺信号。

阿尔茨海默病：概述与小鼠模型

阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，以进行性认知衰退和记忆障碍为特征，其病理标志是细胞外淀粉样蛋白β（Aβ）斑块沉积和细胞内过度磷酸化tau蛋白形成的神经原纤维缠结。只有1-5%的AD病例属于家族性早发型AD（EOFAD），与淀粉样前体蛋白（APP）、早老素1（PSEN1）和早老素2（PSEN2）基因突变有关。绝大多数病例为散发性晚发型AD（LOAD），病因复杂。

为研究疾病机制，科学家们开发了多种携带EOFAD突变的转基因小鼠品系。尽管这些模型不能完全重现人类疾病的所有特征，但为探究AD的细胞分子机制提供了宝贵窗口。本综述总结了在9种不同AD小鼠品系中研究星形胶质细胞Ca²⁺活性的10项研究，这些品系包括Tg2576、3xTg、Tg-SwDI、APPswe/PS1ΔE9、APPswe/PS1L166P、tg-ArcSwe、APP^NL-F、APP^NL-G-F和B6.152H（PS2APP）。它们在人APP表达水平、突变组合、病理发生时间（如斑块沉积、认知障碍、胶质增生的起始年龄）上存在差异，为研究不同疾病阶段的星形胶质细胞功能提供了多样化平台。这些模型的关键信息总结于原文的Figure 1。

星形胶质细胞Ca²⁺失调在AD中：从过度活动到活动低下

早期研究在Tg2576和APPswe/PS1ΔE9等转基因小鼠中报告了星形胶质细胞自发性Ca²⁺活动频率和幅度的增加，支持了“过度活动”是AD星形胶质细胞共同特征的观点。例如，在体成像显示，Tg2576小鼠皮层星形胶质细胞Ca²⁺振荡频率显著高于野生型对照。在APPswe/PS1ΔE9小鼠中，不仅静息细胞内Ca²⁺浓度升高，显示自发性活动的星形胶质细胞比例和信号幅度也增加，并且观察到起源于淀粉样斑块附近、可传播长达200微米的病理性细胞间Ca²⁺波。这些过度活动现象被认为与嘌呤能信号（特别是P2Y1受体）的上调、以及TRPA1通道的参与有关。药理学抑制这些受体可以逆转过度活动，甚至挽救受损的突触可塑性和认知功能。

然而，近年来的研究揭示了更为复杂的图景，许多AD模型中的星形胶质细胞表现出Ca²⁺“活动低下”或“低反应性”。例如，在表达内源性APP启动子驱动的突变APP基因的APP^NL-F小鼠中，在斑块沉积前（3月龄）就观察到星形胶质细胞活性百分比、事件频率和幅度均显著降低，这与IP₃R2的表达下调有关。在B6.152H小鼠中，斑块沉积后（6月龄）的星形胶质细胞在所有区域（胞体、主要突起、微域）均表现出显著的自发性活动低下，以及对ATP和去甲肾上腺素（NA）刺激的低反应性。这种低反应性与受损的NA依赖性星形胶质细胞介导的长时程增强（LTP）及触觉记忆缺陷相关，其潜在机制包括ER Ca²⁺含量和STIM1表达的降低。同样，在tg-ArcSwe小鼠中，虽然静息活动无差异，但星形胶质细胞对运动诱导的Ca²⁺反应降低，这与皮层去甲肾上腺素释放减少有关。在APPswe/PS1ΔE9小鼠中，研究还发现星形胶质细胞对感觉刺激的反应异常，表现为反应延迟、上升时间延长和衰减变慢，并且反应程度与局部斑块负荷负相关。

值得注意的是，同一小鼠模型在不同疾病阶段或不同脑区可能表现出不同的Ca²⁺表型。例如，在APPswe/PS1L166P小鼠中，幼年（产后19-28天）海马切片显示Ca²⁺活动过度，而成年后（5-9月龄）在体皮层成像也显示过度活动。但在B6.152H小鼠中，早期（3月龄）有活动过度趋势，而晚期（6月龄）则转变为明确的活动低下。这些研究结果被系统总结于原文的Table 1。

方法论局限性与讨论

该领域研究存在一些方法论局限。首先，早期多使用化学Ca²⁺指示剂（如Fluo-4 AM， OGB-1），它们主要加载于胞体和主要突起，难以捕捉星形胶质细胞绝大部分体积所在的精细“微域”活动。虽然基因编码的Ca²⁺指示剂（GECIs，如GCaMP6/7）的应用改善了这一点，但分析策略（如如何定义“微域”）仍影响结果。其次，大多数在体实验使用麻醉剂，这可能抑制神经元和星形胶质细胞的活动。最后，多数研究仅在疾病单一时间点进行观察，难以确定过度活动或活动低下表型是疾病进展中的 transient 阶段还是稳定特征。

关于星形胶质细胞Ca²⁺失调的驱动因素，淀粉样斑块的邻近性是一个被广泛探讨但结论不一的因素。一些研究发现斑块附近的星形胶质细胞过度活动更明显，而另一些研究则未发现活动与斑块距离的相关性。重要的是，多项研究在斑块沉积前就观察到了Ca²⁺信号改变，表明可溶性Aβ寡聚体可能是关键驱动因素。实验表明，将Aβ寡聚体施加于野生型脑片可诱发星形胶质细胞Ca²⁺活动，这可能通过α7尼古丁乙酰胆碱受体、TRPA1通道等多种受体介导。此外，AD中的反应性胶质增生伴随多种质膜受体（如mGluR5， P2Y1， TRPA1）的上调，会显著增强Ca²⁺活动。另一方面，细胞内Ca²⁺信号关键调节分子的异常，如早老素突变影响SERCA功能、STIM1或IP₃R2的表达下调，会导致ER Ca²⁺储存减少和信号生成能力削弱，这可能与活动低下表型相关。在人类AD患者死后脑组织中也观察到了STIM1和IP₃R2的下调。

结论

总而言之，现有证据表明，AD病理中的星形胶质细胞Ca²⁺稳态失调是一个确切的特征，但其表现方向（过度活动 vs. 活动低下）具有异质性，取决于AD小鼠模型、突变类型、疾病阶段、脑区、监测的信号类型（自发 vs. 诱发）以及实验方法等多种因素。这些研究共同描绘出一幅复杂图景：Ca²⁺信号动态关联于星形胶质细胞的基础稳态功能，两者关系呈倒U型——过多或过少的信号都对大脑功能有害。无论是通过药理学手段纠正过度活动（如抑制P2Y1R、TRPA1），还是通过基因手段增强活动低下细胞的信号（如过表达STIM1），都能部分挽救突触可塑性和行为缺陷，这凸显了恢复星形胶质细胞Ca²⁺信号稳态作为潜在治疗策略的重要性。这一倒U型关系模型总结于原文的Figure 2。这种信号失调的模式并非AD独有，在帕金森病、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症等多种神经精神疾病模型中均有报道，因此，深入探索其背后多样化的分子机制，对于开发旨在恢复其稳态调节功能的治疗策略至关重要。