仅仅改变了喂养/进食时间，就能改善小鼠阿尔茨海默病的症状？6张图带你冲Cell子

阿尔茨海默病我们并不陌生，相关研究也不少，但是对于这类和神经、认知相关的疾病，还是有很多方向可以创新的。今天小薇在浏览PubMed时候发现一篇29分的文章，结果虽多但都不复杂，一起来一探究竟吧～ 小薇仔细研究过这篇文章后，发现不仅研究思路值得借鉴，文章采用的干预方式更是让人耳目一新，研究结果向临床转化和应用的难度也小很多，这种能快速造福人类的研究谁不喜欢呀！（ps：没有思路、不知道怎么创新的找小薇，超多个性化的研究思路供你选择哦！） 文献详情：

l 题目：在阿尔茨海默病小鼠模型中，时间限制喂养的昼夜节律调节可以拯救大脑病理并改善记忆

l 杂志：Cell Metab.

l 影响因子：IF=29.0

l 发表时间：2023年8月

研究背景

阿尔茨海默病(AD)是一种严重的神经退行性疾病。除了β-淀粉样蛋白(Aβ)和磷酸化的tau蛋白(pTau)在大脑中积累外，超过80%的AD患者常见的主诉是昼夜节律紊乱，表现为睡眠/觉醒周期变化和行为的改变，与患者存活率降低有关。延缓AD进展的治疗研究仍未取得突破，但延长患者独立性和日常功能的可能会对临床护理产生重大影响。因此，研究昼夜节律在AD病理学中的潜在作用对于AD进展的干预和治疗是非常必要的。 研究思路

通过RNA-Seq，发现APP 23转基因(TG) AD小鼠过度清醒、行为昼夜节律改变、多动。对APP 23转基因(TG) AD小鼠模型和NTG分别进行限时喂养（TRF）和自由喂养（ALF），人为干预昼夜节律，检测代谢、活动、睡眠，以及AD病理和神经炎症相关的基因表达情况。检测TRF方案对APP敲入(APP-KI)小鼠模型物质代谢、淀粉样蛋白负担和记忆情况的影响。

主要结果

1.AD小鼠在睡眠、活动、昼夜节律和大脑转录方面发生改变

使用非转基因(NTG)小鼠作为对照，APP23 TG小鼠进行观察，TG小鼠在睡眠、笼内活动和昼夜节律调节方面发生改变。使用RNA测序(RNA-seq)进行差异基因表达分析，在TG小鼠中鉴定出258个差异表达基因(DEGs) (图1I)。 对不同时间获得的脑样本的RNA-seq数据进行分析，分别在NTG小鼠、TG小鼠中发现248个、623个差异表达的基因(图1K和1L)，表明在AD中受到干扰的大部分基因表达表现出时间特异性，强调了在疾病早期阶段，昼夜节律功能障碍对海马转录组的影响。

图1 AD小鼠在睡眠、活动、昼夜节律和大脑转录方面表现出改变

2.限时喂养诱导AD小鼠代谢变化，调节脑转录并改善行为和睡眠

将TG和NTG同窝小鼠随机分为两组，分别进行热量一致的自由喂养(ALF)和限时喂养(TRF，进食6小时/禁食18小时)，通过检测葡萄糖、酮代谢水平以及睡眠情况的变化，发现TRF改善了雌性和雄性TG小鼠的特定行为异常，它们不再表现出活动期过度活跃，其活动模式与NTG小鼠几乎一致(图2I-2L)，说明对昼夜节律和代谢的干预可以改善小鼠的AD表型。

图2 限时喂养诱导AD小鼠代谢变化，调节脑转录并改善行为和睡眠

3.TRF调节海马转录，调控AD和炎症相关的通路

通过比较TRF和ALF方案下的APP23 TG小鼠，发现86个AD基因和100个炎症基因在功能上与髓鞘形成、递质合成和储存、自噬、细胞因子重塑和适应性免疫反应相关。这些结果表明TRF可以影响大脑转录组，调节直接参与AD病理的通路。ps：功能富集分析、免疫浸润分析也可以用小薇新开发的零代码生信分析小工具实现，云生信分析工具平台包含超多零代码分析和绘图小工具，上传数据一键出图，感兴趣的小伙伴欢迎来尝试哟，网址：http://www.biocloudservice.com/home.html）。 接下来，对收集的TG小鼠的脑样本进行RNA-seq无偏倚转录组分析，鉴定出TRF-TG小鼠中415个DEGs (图3K)。使用Metacycle R包对JTK和LS分析，鉴定出TRF-TG小鼠中142个DEGs响应节律性表达变化(图3M)。

图3 TRF对海马转录和基因表达昼夜节律的影响

4.Bmi1是TRF诱导的APP23 TG小鼠海马转录变化的潜在介质

使用GSEA分析以确定TRF响应基因的潜在上游调节因子，发现调节TRF应答基因的富集程度最高的转录因子Bmi1 (图4F)，在AD患者的大脑表达减少。Bmi1缺陷小鼠也会表现出迟发性AD病理变化，如淀粉样斑块和pTau增加。TRF能够恢复Bmi1下游与AD病理高度相关的靶点，如视黄醇转运体Stra6、神经调节剂Npy和Tlr2 (图4I-4L)，证实了Bmi1在介导TRF对APP23 TG小鼠的有益影响中的作用。

图4 TRF对海马转录的改善是由Bmi1部分介导的

05.TRF减轻APP23 TG小鼠AD病理表现

通过Aβ免疫染色发现，TRF-TG小鼠的斑块总面积和每只小鼠的斑块数量均显著减少(图5I和5J)。线性回归分析显示，APP23 TG小鼠的斑块负荷与年龄之间存在预期的正相关，与ALF组(6.009)相比，TRF组TG小鼠的斜率降低了42.8%(1.429)，表明总体疾病进展明显减弱(图5L)。TRF能够诱导清除已有斑块，降低新淀粉样蛋白沉积率。

图5 TRF显著改善AD小鼠的淀粉样蛋白病理和疾病进展

06.在APP-KI AD小鼠模型中，限时喂养可改善认知行为并延缓疾病进展

对APP-KI小鼠进行为期3个月的TRF治疗，与ALF小鼠相比，TRF下的APP-KI小鼠在ZT14时血液中b-羟基丁酸显著增加，葡萄糖水平显著降低，淀粉样蛋白负荷减少，表现为斑块数量和面积减少(图6D和6E)。通过迷宫测试，发现TRF改善了APP-KI小鼠的短期和长期记忆，TRF将APP-KI小鼠所有这些领域的认知表现恢复到接近野生型的水平(图6K)。

图6 在APP-KI AD小鼠模型中，限时喂养可改善认知行为并延缓疾病进展

文章小结

这篇文章首次表明，AD模型中通过TRF进行的昼夜节律调节具有调节触发神经变性的关键途径的能力，采用限制进食时间窗口这种干预方式，不仅具有全系统效应，而且具有立即转化的潜力，已成为一种重要的治疗选择。文章的实验设计思路和模型构建都有一定的创新性，实验方法和数据分析也都采用常规、经典方案，值得我们借鉴，发表到29分的Cell子刊绝对实至名归！感兴趣的科研人，赶紧码住这个思路行动起来吧！

小薇有话说

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