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Presenilin 1(PS1)和Presenilin2(PS2)基因突变会引起β淀粉样蛋白(beta amyloidβrotein,Aβ)过量产生并沉积,进而导致携带这些突变基因的个体表现出阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)症状。而本课题所采用的PS1和PS2条件性双基因敲除小鼠(PS1/2 conditional double knockout mice,cDKO mice)虽然也会随年龄的增长表现出脑部萎缩、脑室扩大、神经纤维缠结等一系列类似AD的表型,但并未出现Aβ的沉积。提示,在此cDKO小鼠中可能存在不依赖于Aβ沉积的病理机制。由此,本课题将分子生物学、电生理学和行为学技术相结合,探究了PS1和PS2条件性双基因敲除对小鼠突触和认知功能的影响及其机制。主要研究结果如下:1)6月龄cDKO小鼠海马脑区依赖的空间工作记忆和场景恐惧记忆受损;2)6月龄cDKO小鼠海马脑区CA3-CA1通路突触传递效能受损;3)6月龄cDKO小鼠海马脑区NMDAR和AMPAR的表达以及PI3K-AKT神经保护信号通路的活性降低;4)6月龄cDKO小鼠海马脑区Aβ1-42的含量减少。虽然大量的研究提出,Aβ1-42在其过量产生并沉积时具有神经毒性作用,但越来越多的研究也表明,生理状态下大脑产生的内源性Aβ1-42在突触可塑性、学习记忆以及神经保护中发挥着重要的作用。由此,我们推测,cDKO小鼠海马脑区Aβ1-42含量的减少,可能是引发其认知功能障碍的原因,为了证实此推测,我们施加生理浓度的外源Aβ1-42单体,测定其能否改善cDKO小鼠突触和认知功能的损伤。主要研究结果如下:1)外源Aβ1-42单体能够逆转6月龄cDKO小鼠海马脑区依赖的空间工作记忆和场景恐惧记忆的损伤;2)外源Aβ1-42单体能够逆转6月龄cDKO小鼠海马脑区CA3-CA1通路突触可塑性的损伤;3)外源Aβ1-42单体能够逆转6月龄cDKO小鼠海马脑区NMDAR和AMPAR表达以及PI3K-AKT神经保护信号通路活性的降低。以上实验结果证实,cDKO小鼠海马脑区Aβ1-42含量的减少是导致其突触和认知功能损伤的原因。那么其中的机制又是什么?已有的研究表明,Aβ1-42可以调控 α7 烟碱型乙酰胆碱受体(α7-nicotinic acetylcholine receptor,α7-nAChRs)的活性,而α7-nAChR及α4β2-nAChR在神经保护、突触可塑性和学习记忆中发挥作用。由此,我们推测,cDKO小鼠海马脑区Aβ1-42含量的减少,可能通过减弱α7-nAChR和α4β2-nAChR的功能,而损害其认知功能。换句话说,外源Aβ1-42单体可能通过提高cDKO小鼠海马脑区减弱的α7-nAChR和α4β2-nAChR功能,而改善6月龄cDKO小鼠的认知功能。为了证实此推测,本课题探究了 α7-nAChR和α4β2-nAChR拮抗剂对外源Aβ1-42单体效应的影响。主要研究结果如下:1)拮抗α7-nAChR和α4β2-nAChR能够抑制Aβ1-42单体对6月龄cDKO小鼠损伤的空间工作记忆和场景恐惧记忆的改善效应;2)拮抗α7-nAChR和α4β2-nAChR能够抑制Aβ1-42单体对6月龄cDKO小鼠海马脑区损伤的突触可塑性的改善效应;3)拮抗α7-nAChR和α4β2-nAChR能够抑制Aβ1-42单体对6月龄cDKO小鼠海马脑区降低的NMDAR和AMPAR表达以及PI3K-AKT神经保护信号通路活性的改善效应。综上所述,PS1和PS2条件性双基因敲除导致的Aβ1-42含量的减少,通过降低α7-nAChR和α4β2-nAChR的表达,进而降低NMDAR和AMPAR的表达和PI3K-AKT神经保护信号通路活性,损害小鼠海马脑区突触传递效能及其相关的学习记忆能力。我们的研究为全面理解PS1和PS2基因敲除导致脑认知功能障碍的机制提供了新的线索,并有助于深入了解Aβ1-42的生理作用及其作用机制。