阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）俗称老年痴呆，是最常见的神经退行性疾病，也是老龄人群中导致痴呆的主要原因。AD的特征性病理变化包括Aβ在细胞外沉积形成的Aβ斑块和细胞内由高度磷酸化的Tau蛋白形成的神经纤维缠结。虽然针对AD的研究已有100多年的历史，但其发病机制仍未完全阐明，目前为止，也没有有效的治疗和预防措施。近年来，在AD患者和AD动物模型进行的研究提示，AD病程早期Aβ的累积可导致多个脑区神经元活性异常升高（hyperactive），随着病程的进展尤其是Tau相关病理的出现，神经元活动下降，转变为低于正常水平（hypoactive），这些神经元活性异常可能与认知损伤密切相关。然而，Aβ或tau累积导致神经元活性异常的机制尚不十分清楚。
既往研究提示，Aβ异常累积引起的星形胶质细胞对谷氨酸的重摄取障碍，是其导致CA1锥体神经元异常活跃的原因之一。另外，在过表达突变型hAPP的转基因小鼠及大鼠的研究提示，神经元膜内在兴奋性（intrinsic membrane excitability）异常升高也是CA1锥体神经元异常活跃的原因。然而，Aβ是如何导致神经元膜内在兴奋性改变的还不清楚。
近日，浙江大学脑科学与脑医学学院教授及浙江大学医学院附属儿童医院双聘教授孙秉贵课题组与宁波大学医学院张晓琴副教授及沈昊伟教授合作，在Alzheimer’s Research & Therapy发表论文“HCN2 deficiency correlates with memory deficits and hyperexcitability of dCA1 pyramidal neurons in Alzheimer’s disease”，为揭示Aβ累积导致神经元膜内在兴奋性异常的机制提供了新的认识。
作者首先在Aβ斑块出现前的AD小鼠（hAPP-J20）中，对CA1区神经元的内在膜兴奋性进行了检测。结果显示，AD小鼠CA1锥体神经元的内在兴奋性显著升高（图1），与其之前报道的结果一致（PMID: 36821438）。AD小鼠CA1区PV神经元的内在兴奋性则没有显著变化。
图1. AD小鼠CA1锥体神经元内在兴奋性异常升高
接下来，作者发现AD小鼠CA1锥体神经元中，HCN (Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel) 通道活性／功能受损，主要体现在sag ratio、sag amplitude及HCN介导的Ih降低（图2A-E）。外源性Aβ寡聚体可抑制HCN通道活性（图2F-H），提示AD小鼠中HCN通道受损与Aβ累积相关。
图2. AD小鼠CA1锥体神经元中HCN通道功能受损，该功能受损与Aβ密切相关。
HCN通道在超极化状态下开放，可通透Na+和K+，其开放也可降低膜输入阻抗，从而调控神经元膜的内在兴奋性。用cAMP处理促进HCN通道开放可降低AD小鼠CA1锥体神经元内在兴奋性，用ZD7288抑制HCN通道则可进一步增强AD小鼠CA1锥体神经元内在兴奋性，提示HCN通道异常与CA1锥体神经元内在兴奋性升高相关。
HCN通道包括HCN1-4四个亚型，其中HCN1和HCN2在海马中有较高表达。为了探究哪个HCN通道异常引起AD小鼠神经元兴奋性增强，作者对HCN1和HCN2在海马中的表达进行了检测。结果发现，AD小鼠CA1区HCN2表达下降而HCN1表达没有显著变化（图3A-E），AD患者CA1神经元中HCN2的表达也下降（图3F-I）。这些结果提示，HCN2表达下降可能是导致AD中HCN通道异常进而引起神经元兴奋性异常升高的原因。
图3. AD小鼠及AD患者CA1神经元中HCN2表达下降
作者因此设计并制备了过表达HCN2的病毒，在AD小鼠CA1锥体神经元中过表达HCN2可改善HCN通道的功能（图4A-I），降低其内在兴奋性（图4J-L），并改善AD小鼠的记忆能力（图4M）。 
图4. 在AD小鼠CA1锥体神经元中过表达HCN2可改善HCN通道功能、降低CA1锥体神经元内在兴奋性，并改善AD小鼠认知功能。
进一步地，在WT小鼠CA1锥体神经元中敲降HCN2表达，损伤了HCN通道的功能（图5A-H），增强了CA1锥体神经元的兴奋性，并导致WT小鼠认知功能下降（图5I, J）。 
图5. 在WT小鼠CA1锥体神经元中敲降HCN2表达，导致HCN通道功能下降并损伤WT小鼠的认知功能。
综上所述，本研究结果提示，Aβ聚集可导致CA1锥体神经元中HCN2表达下降，从而损伤HCN通道的功能，进而引起CA1锥体神经元内在兴奋性异常升高。这些结果为揭示AD病程早期海马CA1锥体神经元异常活跃的机制提供了新的认识。
张晓琴和张亦平为本文的共同第一作者，张晓琴、沈昊伟和孙秉贵为文章的通讯作者。本课题受到国家自然科学基金、科技部重点研发计划及浙江省自然科学基金等的资助
