撰文丨十一月
组织液通过脑内的类淋巴系统（Glymphatic system）清除代谢废物【1,2】。无创40Hz刺激可以促进的多个脑区的活动，并减轻阿尔兹海默症小鼠模型的病理特征【3,4】。
近日，美国麻省理工学院蔡立慧研究组在Nature上发表了文章Multisensory gamma stimulation promotes glymphatic clearance of amyloid，发现多感官γ波刺激会促进阿尔兹海默症5XFAD小鼠模型的大脑皮层中脑脊液的流入和组织间液的流出，而这一过程是由于水通道蛋白AQP4极化增加以及脑膜淋巴管扩张导致的。抑制类淋巴系统清除会导致多感官40Hz刺激对淀粉样蛋白清除能力被抑制。该工作建立了类淋巴系统参与清除脑内淀粉样蛋白的新机制。
在先前的研究中，作者们发现在小鼠模型中进行1h的频率40Hz光刺激，会减轻阿尔兹海默症中致病性淀粉样蛋白负荷。为了扩大这一干预措施的临床可转化型，作者们探索了无创性方法诱导40Hz神经活动的方法。多感官40Hz光声结合刺激可以减轻整个大脑皮层的淀粉样蛋白负荷。脑内代谢物主要通过胶质细胞介导的吞噬作用以及血管介导的清除而被移除。那么无创γ波刺激促进淀粉样蛋白清除的机制是什么呢？
为了检测类淋巴系统是否参与多感官40Hz介导的淀粉样蛋白清除，作者们首先监测了脑脊液动力学。为此，作者们注射了荧光示踪剂OVA-647到6月龄5XFAD小鼠脑中，并实现多感官光声刺激，随后进行皮层追踪。作者们发现在多感官40Hz刺激1小时后，皮层内示踪剂累积比无刺激、8 Hz多感觉刺激和80 Hz多感觉刺激要显著增加。
进一步地，作者们发现溶解性的淀粉样蛋白从脑内清除并通过脑膜淋巴管所收集。为了检测多感官40Hz刺激类淋巴系统促进淀粉样蛋白清除，作者们将目光集中在星形胶质细胞的水通道AQP4上，该蛋白被报道在类淋巴转运中发挥作用【5】。作者们通过使用AQP4小分子抑制剂TGN020破坏其功能发现会减少脑脊液示踪剂进入脑部，同时TGN020也会的减弱多感官40Hz介导的淀粉样蛋白清除，并导致对新物体的认知性能降低。通过遗传学降低星形胶质细胞中的AQP4，会导致多感官40 Hz在5XFAD小鼠中刺激介导的淀粉样蛋白清除。因此，这些结果说明多感官40Hz刺激对类淋巴系统清除淀粉样蛋白对AQP4的依赖。
脉搏跳动会调节脑脊液的移动。为此作者们想知道多感官40Hz刺激对脑脊液的影响是否因为影响脉搏跳动。为此，作者们对小鼠进行动脉血管进行成像检测，在γ波刺激1小时后发现动脉血管搏动增加。作者们猜测血管舒缩持续增加可能是由于血管中肽信号传导的影响。另外，通过高分辨率三维重建发现多感官40Hz刺激会导致淋巴管体积增大。因此，多感官γ波刺激会增加脑膜内的淋巴管直径。
考虑到星形胶质细胞在类淋巴系统中的功能，作者们对40Hz刺激对星形胶质细胞转录响应的变化进行追踪。作者们使用RNAscope对Kcnk1这一钾离子通道的表达进行检测。Kcnk1定位于星形胶质细胞终足区域，对于脑脊液运输非常关键。作者们的实验发现Kcnk1所形成的点状信号会随着40Hz刺激显著增加。另外，AQP4高度动态且被快速运输，其极性会控制类淋巴功能以及淀粉样蛋白的清除，作者们发现多感官40Hz刺激会促进AQP4极化。
最后，作者们想知道是哪种神经元对40Hz刺激产生相应。作者们发现几种神经肽在中间神经元中上调，包括与生长抑素相关的基因Sst、神经肽Npy和血管神经生长因子Vgf，而VIP中间神经元上调了相关的神经肽转录本。为了检测神经肽信号对于无创多感官γ波刺激对淀粉样蛋白类淋巴清除的功能，作者们在γ波刺激5XFAD小鼠的VIP神经元中对神经肽信号检测，发现神经肽信号显著增加。为了确定VIP中间神经元是否调节淀粉样蛋白，作者们对VIP中间神经元进行化学遗传抑制，发现在进行40Hz刺激前抑制VIP神经元活性会导致淀粉样蛋白清除被延迟。
总的来说，该工作发现多感官40Hz刺激会通过增加中间神经元中神经肽信号影响动脉搏动，诱导类淋巴系统对于阿尔兹海默症致病性淀粉样蛋白的清除，为淀粉样蛋白清除提供了新的机制。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07132-6
制版人：十一
参考文献
1. Xie, L. et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science 342, 373–377 (2013)
2. Da Mesquita, S. et al. Meningeal lymphatics affect microglia responses and anti-Aβ immunotherapy. Nature 593, 255–260 (2021)
3. Iaccarino, H. F. et al. Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature 540, 230–235 (2016).
4. Martorell, A. J. et al. Multi-sensory gamma stimulation ameliorates Alzheimer’s-associated pathology and improves cognition. Cell 177, 256–271.e22 (2019).
5. Mestre, H. et al. Aquaporin-4-dependent glymphatic solute transport in the rodent brain. eLife 7, e40070 (2018)