发表平台：ResearchGate（预印本）
发表时间：2024年5月
DOI：10.1101/2024.04.28.591481
通讯作者：侯圣陶（hou.st@sustech.edu.cn）、鞠俊（juj@sustech.edu.cn）
引用格式：YanH,etal.(2024)Enhancementofspatiallearningby40Hzvisualstimulationrequiresparvalbumininterneuron-dependenthippocampalneurogenesis.bioRxivpreprint.doi:10.1101/2024.04.28.591481
摘要
背景：节律性40Hz光闪烁可缓解多种神经疾病动物模型的认知障碍，但其长期效应及机制对推进临床转化至关重要。本研究发现，长期暴露于40Hz光闪烁可改善空间学习并促进齿状回（DG）成年神经发生，其作用依赖于小白蛋白（PV）中间神经元的激活及γ-氨基丁酸（GABA）对新生神经元的支持，为神经疾病治疗提供了持久获益的新机制。
亮点
· 长期40Hz光闪烁显著改善空间学习并促进海马神经发生，且无不良行为副作用。
· 40Hz光闪烁诱导的成年神经发生依赖于GABA能抑制性PV中间神经元的活性。
· 40Hz光闪烁增加DG区GABA水平并增强抑制性传递。
· 升高的GABA是支持成年神经发生的关键神经化学机制。
摘要
急性和短期节律性40Hz光闪烁刺激已在阿尔茨海默病（AD）、中风和自闭症谱系障碍（ASD）小鼠模型中显示出改善认知障碍的潜力。然而，其长期效应及机制尚未明确。本研究通过对成年小鼠进行30天、每日1小时的40Hz光闪烁处理，发现其可显著改善空间学习并促进DG区神经发生，且无行为副作用。利用DCX-DTR转基因小鼠特异性清除新生神经元后，40Hz光闪烁的促学习效应消失。进一步研究表明，PV中间神经元的激活是关键：抑制或敲除PV中间神经元可减弱γ振荡同步性及神经发生；40Hz光闪烁通过提高PV神经元兴奋性和GABA水平，增强对DG区未成熟神经元的抑制性输入。阻断GABAA受体可逆转神经发生和空间学习的改善。综上，长期40Hz光闪烁通过PV中间神经元依赖的GABA机制促进成年神经发生，进而增强空间学习，为神经退行性疾病的非侵入性治疗提供了新靶点。
1.引言
近年研究表明，40Hz光闪烁可通过调节毒性物质清除、突触连接和神经化学介质等途径缓解AD、中风和ASD模型的认知缺陷。尽管FDA已加速批准其临床应用，且II期临床试验显示AD患者获益，但现有研究多局限于短期刺激（<14天）。本研究首次系统探讨长期40Hz光闪烁（30天）对成年小鼠认知功能的影响及机制，聚焦海马神经发生这一学习记忆的关键基础。
海马DG区是成年神经发生的核心脑区，新生神经元（标记为DCX+）的生成、迁移和整合对空间学习至关重要。PV中间神经元作为GABA能抑制性神经元，通过调节神经环路活性参与神经发生调控。本研究假设：40Hz光闪烁可能通过激活PV中间神经元，促进DG区神经发生，进而改善空间学习。
2.方法
2.1实验动物
·C57BL/6J小鼠：6月龄雄性，用于基础神经发生和行为学实验。
·DCX-DTR转基因小鼠：通过白喉毒素（DT）特异性清除DCX+未成熟神经元。
·PV-Cre小鼠：结合病毒工具（rAAV-DIO-taCaspase3或hM4D(Gi)）实现PV神经元敲除或化学遗传学抑制。
2.240Hz光闪烁刺激
·设备：TangGuang™系统，6个LED灯环绕鼠笼，频率40Hz，每日1小时（18:00-19:00），持续30天。
2.3行为学测试
·主动避位（APA）测试：评估空间学习能力，记录小鼠在旋转平台上避开电击区的正确率。
·旷场实验（OFT）：排除焦虑样行为或运动能力异常对结果的干扰。
2.4神经发生检测
·BrdU标记：每日腹腔注射BrdU（100mg/kg），共4天，通过免疫荧光染色（BrdU/DCX双标）量化新生神经元数量。
·免疫组织化学：检测SOX2（干细胞）、TBR2（中间前体细胞）、DCX（未成熟神经元）等标志物。
2.5机制研究
·光纤光度法：记录PV神经元钙信号（GCaMP7f）以评估其活性。
·膜片钳：检测PV神经元兴奋性及未成熟神经元的抑制性突触后电流（sIPSC）。
·微透析-HPLC：测定DG区GABA浓度动态变化。
·局部场电位（LFP）：记录DG区γ振荡功率谱密度（PSD）。
3.结果
3.1长期40Hz光闪烁改善空间学习并促进DG神经发生
·行为学：40Hz处理组在APA测试中避开电击区的能力显著优于对照组，且无焦虑或运动异常。
·神经发生：处理组DG区BrdU+、DCX+及BrdU+/DCX+双标细胞数量显著增加，而室管膜下区（SVZ）无变化，提示神经发生与空间学习改善相关。
3.2神经发生是40Hz光闪烁促学习效应的必要条件
·DCX+神经元清除实验：在DCX-DTR小鼠中注射DT后，40Hz光闪烁无法改善空间学习，且DG区新生神经元数量显著减少，证实神经发生依赖性。
3.3PV中间神经元激活是40Hz光闪烁效应的核心
·PV神经元活性：光纤光度法显示40Hz光闪烁显著增加PV神经元钙信号；膜片钳记录发现PV神经元rheobase电流降低、放电频率增加，提示兴奋性升高。
·PV神经元敲除/抑制：PV-Cre小鼠敲除PV神经元后，DG区40HzLFP功率显著降低，且神经发生增强效应消失。
3.440Hz光闪烁通过升高GABA水平促进神经发生
·GABA动态变化：微透析显示40Hz光闪烁后DG区GABA水平升高2倍，30分钟后恢复基线；免疫荧光显示GAD67+突触puncta在DCX+细胞周围密度增加。
·抑制性传递增强：未成熟神经元sIPSC频率增加，振幅不变，提示presynapticGABA释放增强。
·GABAA受体阻断：注射荷包牡丹碱（bicuculline）可逆转40Hz光闪烁诱导的神经发生和空间学习改善。
4.讨论
本研究首次证实长期40Hz光闪烁通过PV中间神经元-GABA-神经发生轴调控空间学习，其机制与环境富集（ENR）类似，即通过增强未成熟神经元的存活和成熟而非促进前体细胞增殖。与运动（RUN）不同，40Hz光闪烁不影响脑血流，而通过PV神经元释放GABA，为新生神经元提供关键的突触整合信号。
临床意义：
· 40Hz光闪烁作为非侵入性干预手段，在6个月AD临床试验中已显示安全性，本研究为其长期应用提供机制支持。
· PV神经元-GABA通路或可作为AD、衰老相关认知障碍的治疗靶点。
局限性：
· 动物模型结果需在人类研究中验证；
· 未探讨不同频率或刺激时长的效应差异。
5.结论
长期40Hz光闪烁通过激活PV中间神经元，升高GABA水平并促进DG区神经发生，进而改善空间学习。这一发现为神经疾病的非药物治疗提供了新机制，并支持其临床转化潜力。
关键词：节律性光闪烁、40Hz、γ频率、神经发生、空间学习
（注：参考文献部分因篇幅限制未完全翻译，完整内容可参考原文。）
翻译说明：术语参考《神经科学名词》（2021）及AD领域共识译名，确保专业性与可读性。
