用脑刺激阿尔兹海默症：从临床前模型到人类非侵入性刺激

用脑刺激阿尔兹海默症：从临床前模型到人类非侵入性刺激

阿尔茨海默病（AD）是一种严重且进行性的神经退行性疾病，对大脑功能产生有害影响。目前尚无有效的方法适用于AD患者。本综述探讨了两个不同的研究方向。第一个围绕动物研究和临床前模型的使用，以深入了解AD的潜在机制和潜在策略。具体而言，它深入探讨了光遗传学和化学遗传学等干预措施的有效性，阐明了它们对理解病理生理机制和潜在应用的意义。第二个方向集中在非侵入性脑刺激（iBS）技术在AD背景下的应用。证据表明，iBS可以成功调节与各种神经系统和神经精神障碍相关的认知功能，包括AD，这一点已经通过有希望的研究结果得到证实。在这里，我们对属于这些研究方向的AD研究的最新发现进行了批判性评估，并讨论了它们对AD临床前景的潜在影响。这些多方面的方法为促进我们对AD病理学的理解和开发新型干预措施带来了希望。

1. 简介

阿尔茨海默病（AD）的历史始于1906年，阿洛伊斯·阿尔茨海默描述了他的一位患者出现了一种“大脑皮层的特殊严重病理过程”，主要症状包括严重的记忆丧失、睡眠障碍和人格变化。目前，这种情况被认定为阿尔茨海默病（AD），一种严重且进行性的神经退行性疾病，对大脑活动产生多种有害影响。

随着年龄的增长，老年痴呆和神经退行性疾病的发病率增加，仅在202年，美国65岁及以上人口中就有670万人患有AD。预计到2060年，AD病例数量可能增加到180万，除非在研究方面取得重大进展，以预防、减缓或到AD的治愈方法。AD被认为是第七大死因，影响全球约4400万人。AD是一种昂贵的疾病：据估计，全球在202年为这种状况花费了450亿美元。

目前，AD的病因尚不清楚。AD的特征之一是大脑内出现β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块和神经原纤维蛋白tau的缠结，它们出现在大脑内的不同位置。Aβ斑块由Aβ肽组成，出现在神经元外部，而由tau蛋白组成的神经原纤维蛋白缠结则发生在神经元内部。Aβ斑块和神经原纤维蛋白tau的缠结是我们大脑自然产生的；然而，在AD中的病理因素是它们的过度产生。病理过程似乎是由于这些元素的产生失衡，进而发展为神经元退化和随之而来的记忆受损和认知衰退（图1）。

图1 AD的分子病理学

迄今为止，针对阿尔茨海默病（AD）患者尚无有效方法。美国食品药品监督管理局（FDA）、欧洲药品管理局（EMA）和意大利药品管理局（AIFA）批准的方法包括美拉替汀（Memantine，一种作用机制复杂的药物，包括对-甲基-D-天冬氨酸受体的拮抗作用）、胆碱酯酶抑制剂（包括多奈哌齐、利拉司特和加兰他明）、舒眠灵（Suvorexant，促进睡眠的受体拮抗剂）和布瑞匹嗪（Brexpiprazole，一种异型抗精神病药物，已获批用于与中至重度AD相关的激动状态）。另一种被考虑用于减少阿尔茨海默病患者体内β-淀粉样蛋白（Aβ）的策略是降解肽段。然而，最有希望的解决方案是免疫疗法，基于使用具有高亲和力和特异性的单克隆抗体。不幸的是，这种方法需要高昂的成本。

2021年6月，美国FDA批准了一种新的阿尔茨海默病药物：艾度单抗（Aducanumab），这是一种用于人类IgG1的重组单克隆抗体，可以结合可溶性Aβ和不溶性纤维。艾度单抗通过静脉输注给予，是第一种直接针对Aβ的获批单克隆抗体。然而，FDA并未提供关于哪些类别的患者可以接受这种药物的指导。EMA建议不授予艾度单抗上市许可，称虽然该药物可以减少大脑中的Aβ，但这种减少与临床改善无关。临床试验结果相互矛盾，未清楚地证明该药物在AD方面的有效性。此外，由于一些患者出现了与淀粉样物质相关的影像异常（ARIA），引发了对艾度单抗安全性的质疑，这可能是由于导致微出血的大脑血管源性水肿。EMA认为这些异常在临床实践中无法有效管理，并得出结论认为艾度单抗的益处不足以抵消其风险。如今，Biogen etherlands B.V.撤回了将艾度单抗作为AD药物上市的申请。Biogen解释称，他们撤回了申请，因为欧洲药品管理局人用药品评审委员会（CHMP）指出提供的数据不足以支持对艾度单抗上市许可的积极意见。

如今，FDA通过加速批准流程批准了利康单抗（Lecanemab-irmb）。研究人员评估了利康单抗轻度认知衰退患者的有效性；在说明书中还指出，在临床试验中研究的除此之外的疾病早期或晚期的安全性或有效性数据尚不明确。利康单抗是一种人源化的单克隆抗体IgG1，与单体Aβ相比，对可溶性Aβ聚集物种具有较高的结合选择性；此外，利康单抗还显示出对纤维状Aβ的适度结合选择性。报道的最常见严重不良反应包括ARIA、输注相关反应（用于该药物的给药途径）、心房颤动、晕厥和心绞痛。其他观察到的不良事件包括微出血和大出血、表浅性铁沉积症和头痛。EMA仍在评估是否批准这种药物。

最近，美国FDA还对多纳尼单抗-azbt（Kisunla）发表了积极意见，这是一种用于阿尔茨海默病（AD）的实验性抗淀粉样药物，认为它对早期症状性疾病患者（轻度认知障碍或轻度痴呆）有效。多纳尼单抗是一种人源化的IgG1单克隆抗体，旨在靶向大脑中的Aβ斑块。具体而言，它结合到一个表位（Aβ的-端吡磷酸谷氨酰胺），这是存在于淀粉样斑块中的一种Aβ形式，一旦结合，多纳尼单抗诱导这些斑块的去除。该药物在TRAILBLAZER-ALZ 2期III临床试验中显著降低了大脑中的淀粉样斑块负担，并较安慰剂组显著减缓了认知和功能衰退。该研究纳入了约1,700名早期症状性AD患者，表现出淀粉样和tau病理学特征。参与者被随机分配接受每四周一次的静脉注射的多纳尼单抗或安慰剂，持续至多72周。接受多纳尼单抗的志愿者在其淀粉水平低于预定阈值时会转换到安慰剂。试验的主要终点是从基线到76周的综合阿尔茨海默病评分（iADRS）变化。患者接受多纳尼单抗后，认知下降速度显著减缓。据公司称，该抗体使淀粉样斑块水平平均在6个月时降低了61％，12个月时降低了80％，18个月时降低了84％。多纳尼单抗和利康单抗一样，包含有关ARIA潜在风险的警告，这涉及可能致命的暂时性脑部肿胀。为降低这一风险，建议进行基线脑部核磁共振成像（MRI）检查并定期进行MRI监测。多纳尼单抗还可能引发过敏反应，其中一些可能严重且危及生命，通常在输注期间或输注后0分钟内发生。头痛是另一个常见的副作用。然而，根据FDA的评估，益处大于风险。多纳尼单抗是第一种抗淀粉样药物，一旦淀粉样斑块被清除，即可终止，导致更少的输注和更低的成本。

2022年，Ho等人提出了一种基于下调活性素的免疫方法，活性素参与了AD患者中的蛋白聚集。目前，尚未开发基于这一原则的药物。

然而，对这些的反应有限，因为它们作用于症状控制而不是疾病过程，并且有各种不同的不良反应。因此，发展替代和创新的方法是必要的。

在这篇综述中，我们考察了两种不同研究方向的贡献。第一种依赖于动物研究和临床前模型对AD的理解和。特别是，探讨了光遗传学、化学遗传学和经颅脑刺激干预的有效性，以及它们对未来干预的病理生理机制的更广泛理解。第二种依赖于非侵入性脑刺激（iBS）技术对AD患者的效果（图2）。证据表明，与各种神经系统和神经精神疾病相关的认知功能可以通过iBS成功调节。

图2 非侵入性脑刺激技术示例

2. 临床前模型

2.1 光遗传

光遗传学的功能依赖于表达对光敏感的蛋白质的基因修饰细胞（图）。这些跨膜蛋白被称为视紫红蛋白，存在于所有生物体中，并含有一种敏感分子称为视蛋白。因此，视紫红蛋白可以对电磁光的不同波长做出反应，从而通过启动离子交换改变细胞膜的特征电位。光遗传学的基本理念正是利用这些蛋白质通过光诱导细胞膜电位的变化，通过将视紫红蛋白适应于特定细胞亚。

图 临床前动物模型评估脑活动的方法

内部光源和远程光源可以用于将光引入组织中。内部光源直接作用于皮层表面或可以植入，而远程光源通常通过光纤工作，并需要渗透组织。光纤的使用需要控制，以最小化对暴露于光线的组织的热量和损伤，但同时需要足够的光束来供电光学器件。对于内部光源，LED和激光器通常被广泛使用，因为它们价格较低、易于使用，并且比远程光源具有更广泛的功效。缺点在于为了独立激活两种光谱不同的视蛋白，必须使用两种不同的设备，因为它们具有光谱窄带宽。

在光遗传学研究中通常使用微生物视蛋白，因为它们相对较容易工程化，并在动力学方面具有高效性。这些包括离子通道，如通道视紫红蛋白，以及离子泵，如卤视紫红蛋白和古细菌视紫红蛋白。有几种传递视蛋白编码基因的方法。通常，用于将视蛋白基因传递到目标细胞中的最常用方法是利用靶向蛋白和腺病毒载体。病毒在侵入活细胞方面非常有效，并允许同时在散布在组织中的同一类神经细胞中诱导激活或抑制。目前，也正在调查非病毒载体的功效，因为它们更便宜、更安全，相对容易使用，但表达率和传递效率较低。

总的来说，光遗传学是一种有效的方法，能够精确地调节分子事件，这主要是因为视蛋白通过神经元的兴奋或抑制来控制细胞内信号传导。

2.1.1 光遗传在AD中的作用

光遗传学在未来可能成为阿尔茨海默病的一种替代策略。相较于药物疗法或传统电技术，光遗传学具有诸多优势，如减少非靶效应、更精确地定位神经亚以及更高的时间空间和细胞特异性。

各种阿尔茨海默病小鼠模型研究已经展示了令人鼓舞的结果，这些模型复制了该疾病的一些生物学和认知方面。这些研究的未来潜力异常鼓舞人心。在阿尔茨海默病动物模型的背景下，海马齿状回（DG）已被广泛操纵。例如，通过光遗传学刺激DG内的神经集合已被证明可以改善记忆检索，并且可以在早期阿尔茨海默病阶段恢复树突棘密度和长期记忆。这意味着在减轻阿尔茨海默病患者记忆恶化方面有着希望的途径。

相反，有研究并未观察到长期记忆的改善，但报告了短期和工作记忆的增强。这些改善与海马中谷氨酸受体表达的增加有关，通过光遗传学刺激双侧DG区域中谷氨酸能神经元实现。这些发现表明，光遗传学干预的影响可能因特定认知功能和海马区域而异，突显了在阿尔茨海默病中需要多样化方法的必要性。

其他动物研究实施了一种预防性方法，即在症状出现之前操纵神经活动。例如，一项研究表明，在具有类似于阿尔茨海默病患者所见斑块病理的Tg2576-APPswe小鼠中，通过对嗜盐蛋白阳性神经元进行选择性光遗传学激活，可以改善记忆功能和空间学习，并预防突触衰退。

光遗传学可以利用在0-80 Hz范围内诱导伽马波振荡（GBO），而这种振荡在多种神经系统疾病中被认为发生了紊乱。因此，在5XFAD小鼠（一种已建立的阿尔茨海默病模型）的海马瓣膜神经元中诱导GBO可以减少Aβ斑块的形成，并促使小胶质细胞增加对Aβ的摄取。类似的结果也可以通过非侵入性视觉刺激复制40 Hz振荡来获得，这为阿尔茨海默病的提供了有趣的前景。在随后的一项研究中，解释了GBO诱导通过使小胶质细胞围绕斑块聚集来减少皮层中Aβ和tau的存在。此外，通过在海马中诱导θ波可以通过激活谷氨酸能神经元来增强学习和记忆功能。总的来说，这些发现表明操纵神经振荡可能是解决阿尔茨海默病认知缺陷的一种有价值的策略。

除了海马以外，其他脑区也通过光遗传学研究与阿尔茨海默病有关。例如，Omoluabi及其同事报道了对蓝斑神经元进行瞬时刺激可以保持轴突密度并减轻与持续磷酸化前缠结tau相关的空间和嗅觉辨别能力下降。

与GABA受体调节剂作为阿尔茨海默病方法的提议一致，研究已经调查了对AD小鼠模型中GABA传递的光遗传学调控的影响。APP/PS1小鼠通过在海马中激活GABA能神经元而显示出减少Aβ斑块、恢复学习障碍、诱导自噬以及减少神经炎症。GABA的调控也在前期阿尔茨海默病（pAD）中进行了研究，pAD也被称为阿尔茨海默病的临床前阶段。这个阶段代表了阿尔茨海默病的早期无症状阶段。在pAD期间，尽管患者可能没有表现出症状，但该疾病的脑部变化已经开始发生。除了Aβ的积累外，这个疾病的初始阶段还与胶质细胞的变化和急性神经炎症有关。在出现明显痴呆症状之前，这个阶段可以持续多年，症状包括短期记忆。

总的来说，阿尔茨海默病的临床前阶段提供了一个关键的时间窗口，可以在这个阶段可能降低疾病的风险和发病。许多研究确实表明，长期记忆在几天或几周的时间内的丧失可能作为阿尔茨海默病诊断的可靠预测指标。评估长期记忆功能的测试对记忆电路提出了更大的挑战，相比之下，评估在0分钟延迟后的信息回忆的测试较为容易。这种现象被称为“加速长期遗忘”，可能是由于记忆巩固过程的缺陷，正如Hoefeijzers等人（201年）所概述的那样。在这些过程中，信息可以暂时保留，但其转化为长期记忆变得困难。

总之，这些研究共同强调了光遗传学在推动我们对阿尔茨海默病的理解和开发创新策略方面的巨大潜力。它们为解决疾病早期阶段的记忆缺陷、突触衰退、淀粉样斑块和tau异常提供了希望，同时也为预防措施提供了希望，为阿尔茨海默病研究和开辟了一个充满希望的未来。

2.2 化学遗传

化遗传学基于使用基因修饰受体，通过与特定分子或合成配体的相互作用改变细胞信号转导（图）。一些受体，如G蛋白偶联受体（GPCRs），不再对它们的天然配体做出反应，因为它们经过定向或随机突变进行了修改，但它们的激活是由合成化合物引发的。例如，GPCRs的信号通路可以通过DREADDs（设计的受体激活器）得到精确控制。最常用的DREADDs受体是人类M肌动蛋白受体（hMDq），具有兴奋作用，以及人类M4肌动蛋白受体（hM4Di），具有抑制作用。由于它们的突变，hMDq和hM4Di只能通过一种改良化合物，即氯氮平-氧化物（CO）来激活。实际上，已经证明，CO微摩尔浓度（10 μmol/L）不会改变其他几种受体（包括多巴胺D1和D2、组胺H1、5-HT2A和肌动蛋白M1、M、M4）的功能。由于CO据报道会在氯氮平中再代谢，氯氮平是一种具有许多神经递质受体亲和力的抗精神病药物，因此最近开发了新的激活分子，包括化合物21（C21）、perlapine（PLP）、奥兰匹那（OLP）、JHU7152（J52）、JHU7160（J60）和去氯氮平（DCZ）。

与光遗传学相比，化遗传学提供了对神经活动及其相应电路的长时间操作，尽管它不允许精确控制时间。这种方法的主要优势在于刺激可以经口服或腹腔注射给予，因此通过比光遗传学更少侵入性的途径进行。

2.2.1 AD实验模型的化学遗传控制

为了研究AD的潜在机制并探索早期诊断和干预的新策略，化遗传学最近被用于AD的临床前模型，因为它可以调节特定神经元或神经回路的活动。

一种预防AD进展并与与记忆相关的回路相关的方案可能是通过化遗传学抑制具有病理Aβ和tau最高表达的回路（Wu等，2016年）。在他们的研究中，Rodriguez和他的同事将hM4Di DREADDs以病毒方式释放到过表达突变hAPP的转基因小鼠的内嗅皮层（EC）中，然后通过腹腔注射CO。作者报告了EC神经元活动的显著减弱，以及随之而来的在海马（HIPP）中hAPP/Aβ的积累和病理tau的扩散的减少，沿着EC-HIPP网络（Rodriguez等，2020年）。这表明，针对持续调节神经活动的靶向干预可能作为AD的可行策略。

在Yuan和Grutzendler进行的研究中，他们通过亚蛛网膜下注入hM4Ds DREADDs到两种AD样小鼠模型（5XFAD和PS/APP）中，显示Aβ聚集显著减少，这要归功于神经活动的降低，特别是在表达DREADDs的神经元的树突或轴突存在的区域。这项研究通过显示随着时间的推移持续降低神经活动可以大幅减少淀粉样沉积物的积累，揭示了一个重要突破。此外，它强调了Aβ释放的调节可以发生在轴突和树突区域，涉及到突触和非突触机制。此外，这些神经活动的降低导致了与淀粉样斑块常见相关的突触异常的缓解。因此，持续降低神经活动可能作为AD的创新策略。

郑等人的研究结果表明了AD研究和潜在的一个有前途的途径。他们对DG中兴奋性GABA能抑制性神经元的化遗传学抑制导致AD小鼠模型（xTg AD）中磷酸化tau的显著减少以及成年海马神经发生（AH）的受损（Zheng等，2020年）。这些因素是AD认知衰退的关键贡献因素。这项研究强调了针对性神经元调节在减轻AD关键病理方面的潜力。通过解决磷酸化tau的积累并促进AH，这些干预措施可能提供新的策略来减缓甚至逆转AD患者的认知衰退。

Rorabaugh等人对化遗传学技术对hMDq DREADDs诱导的LC神经元激活的影响进行了研究。hMDq DREADDs允许选择性激活LC的张力活动，这似乎改善了逆向学习。在TgF44-AD大鼠中，由DREADDs诱导的张力LC激活据报道通过改善认知缺陷来恢复正常的逆向学习。结果表明，LC化遗传学激活可以拯救AD中的认知损伤，即使已经存在LC损伤。

通过展示通过这些干预手段减轻AD相关病理的可行性，这些研究为开发可能减缓甚至停止疾病进展的新方法打开了大门。然而，进一步的研究和临床试验对于验证和完善这些发现以便将其潜在地转化为人类是至关重要的。总的来说，这些研究代表了我们对AD的理解取得的重要进展，并为未来更有效的方法带来了希望。

总之，这些数据强有力地支持了光遗传学和化遗传学神经调节方法在改善AD病理方面的实用性。

2. TMS对AD小鼠模型的影响

1985年，Barker及其同事首次报告了经颅磁刺激（TMS）在运动皮层上的应用。TMS通过在皮层上施加铜线线圈，根据法拉第电磁感应定律，产生短暂、高强度的磁脉冲（分别达到00微秒和2.5特斯拉）。这项技术向特定脑区域提供快速变化的电流，主要作用于皮层的表层。皮层神经元的调节和剂量由刺激强度和个体的运动诱发电位阈值确定。重复TMS（rTMS）涉及在一段时间内以相同强度传递连续脉冲的突发。这可以包括低频率（≤1 Hz）和高频率（≥5 Hz）的协议。低频脉冲通常抑制皮层兴奋性，而更高频率的脉冲可以增加兴奋性。然而，应注意TMS频率与皮层抑制或兴奋之间的关系并不总是直接的。例如，Caparelli等（2012年）证明低频脉冲并不总是导致皮层抑制。

TMS对认知功能的有益影响已在AD患者中得到证实。尽管这种方法在人类中常规使用，但在实验动物中的应用很少，关于用于AD的动物TMS的具体情况知之甚少。Tan及其团队采用了通过在背侧海马DG区双侧注射Aβ1-42诱导的AD大鼠模型，并在注射后14天进行rTMS（圆形线圈，1 Hz，100% RMT）。14天后，大鼠展现出海马长时程增强（LTP）的恢复和空间记忆缺陷的改善。这种恢复与海马神经营养因子（GF和BDF）以及-甲基-D-天冬氨酸（MDA）受体表达水平的增加有关。同样，在另一项使用Aβ1-42诱导毒性的小鼠模型的研究中，14天的rTMS（1 Hz或10 Hz，0%最大输出（1.26 T））从Aβ1-42注射后第二天开始，促进了恢复。通过抑制神经元凋亡、激活β-连环蛋白信号传导，提高脑中BDF、GF和双皮质素的水平来实现这一目标。

这些积极效果在多项对基因改良啮齿动物模型的研究中得到进一步证实。在APP2/PS45小鼠AD样疾病模型中，Huang等人评估了低频rTMS（圆形线圈，1 Hz，100% RMT）的影响。小鼠在1.5个月龄开始接受rTMS，两周的低频显著逆转了认知和突触缺陷，以及海马CA1区的LTP损伤。潜在机制可能涉及β-APP剪切酶1（BACE1）和淀粉样蛋白（APP）加工的减少。

在另一项研究中，TMS每天以1、10或15 Hz的频率连续应用于年轻的AD模型小鼠（xTg），这些小鼠在胞内积累可溶性Aβ。在行为测试后，评估了海马LTP。TMS以频率依赖的方式改善了空间学习缺陷，并增强了LTP。在xTg小鼠中，TMS以频率依赖的方式恢复了大导电性钙激活钾（Big-K；BK）通道的抑制活性。这些变化与皮层兴奋性的相应增加和减少相关。TMS还以频率依赖的方式促进了支架蛋白Homer1a的表达，进而增强了BK通道的活性。在xTg小鼠中观察到TMS后Aβ水平的降低；然而，在缺乏Homer1a的xTg小鼠中，尽管TMS仍然影响了BK通道的活性，从而影响了LTP，但并未观察到这种降低。该研究得出结论，TMS通过Homer1a依赖和独立机制增强了BK通道，从而增强了海马LTP并降低了皮层兴奋性。这种降低的兴奋性有助于降低Aβ水平。TMS触发的相互关联过程可能改善了xTg小鼠的学习能力。

值得注意的是，接受高频rTMS的小鼠表现出更好的结果。Choung等人证明了早期施行rTMS（圆形线圈，1 Hz或20 Hz，1.26 T）可以通过激活多巴胺系统和上调神经发生信号来改善小鼠注射Aβ1-42诱导的认知行为缺陷。此外，在他们的体内实验中观察到了高频rTMS的增强恢复效果。

在另一项由林等人领导的研究中，研究人员调查了高频rTMS对4-5个月龄5xFAD小鼠的认知功能和病理变化的影响，这些小鼠代表了具有显着淀粉样物质堆积和认知缺陷的早期病理特征。每天，小鼠接受100次rTMS，间隔5秒。在每个会话期间，它们接受40个20 Hz刺激的爆发训练，磁刺激强度设置为1.8特斯拉。控制组，包括野生型和5xFAD小鼠，都经历了相同的程序，包括限制和暴露于磁刺激器的噪音，但未实际接受线圈下的刺激。研究结果显示，rTMS有效地防止了这些小鼠长期记忆（包括新对象和空间位置）的下降。值得注意的是，rTMS显著改善了大脑的清除途径效率，包括脑实质内的淋巴系统和脑膜淋巴系统，在5xFAD小鼠模型中观察到了Aβ沉积的显著减少，减少了微胶质细胞和星形胶质细胞的活化，并防止了神经元活动的下降，这一点通过在接受rTMS的5xFAD小鼠的前额皮质和海马中观察到的c-FOS表达增加证实。这些发现共同为rTMS如何调节大脑排水系统并增强5xFAD小鼠模型中Aβ清除提供了新的见解。此外，它们表明脑脊液中对比剂的清除速率可能作为评估AD患者rTMS效果的预后生物标志物。

曹等人发现，25 Hz的rTMS改善了xTg-AD模型小鼠的认知功能。这种还降低了海马中的Aβ1-42水平，缓解了氧化应激，并增强了葡萄糖代谢。作者将25 Hz的rTMS应用于6-8个月大的野生型和xTg-AD小鼠21天，以研究对xTg-AD小鼠的神经保护作用，并探索磷脂酰肌醇--激酶（PIK）/蛋白激酶B（PKB/Akt）/谷氨酸转运蛋白1（GLT-1）途径在rTMS中的作用。他们观察到，在xTg-AD小鼠中，25 Hz的rTMS改善了认知功能，降低了Aβ1-42水平，缓解了氧化应激和神经炎症反应，增强了能量代谢和突触可塑性，减少了神经元丧失，并增加了PIK/Akt活性和GLT-1表达。然而，当xTg-AD小鼠同时接受PIK特异性抑制剂LY294002和rTMS时，并未改善认知功能，降低Aβ1-42水平或神经元丧失，也未增加GLT-1表达。因此，作者得出结论，25 Hz的rTMS对xTg-AD小鼠具有多重保护作用，其效果依赖于PIK/Akt/GLT-1途径的参与。

间歇性θ爆发刺激（iTBS）是一种新型且高效的rTMS形式，已被证明可以减轻AD中的认知障碍。为了探讨iTBS对AD相关病理的长期影响，6个月大的APP/PS1小鼠接受了连续0天的iTBS。在经过2个月的休息后，使用免疫组织化学和免疫荧光染评估了9个月龄时大脑形态学变化，并通过Western blot测量了蛋白水平。研究结果显示，iTBS显著减少了APP/PS1小鼠大脑皮层和海马中的Aβ负担。此外，发现iTBS抑制了BACE1的表达，并增加了抗胰岛素降解酶（IDE）水平，表明Aβ负载的减少既是由于Aβ产生减少，也是由于Aβ降解增强。此外，iTBS缓解了APP/PS1小鼠的神经炎症、神经元凋亡和突触丢失。总的来说，这些结果表明，一个月的iTBS至少可以在2个月内改善AD小鼠的大脑病理，提供了新的证据表明，通过抑制Aβ产生和促进Aβ降解，iTBS可能对AD类型的病理产生持久的影响。

总的来说，现有证据表明，rTMS对减缓AD的病理进展具有积极影响，特别是在增强突触可塑性和认知功能方面。此外，与低频rTMS相比，高频rTMS表现出更高的效果。

2.4 临床前AD模型中的自然脑刺激

研究表明，增强的体力活动和计算机认知训练（CCT）对轻度认知障碍（MCI）甚至阿尔茨海默病（AD）患者的认知功能具有积极影响。此外，认知刺激，通常被称为“脑训练”，已被研究作为一种干预手段，以保护免受与正常衰老相关的认知衰退。在表达与AD相关突变的转基因小鼠中，已经记录了体力活动和丰富的住房环境对认知的许多积极影响。在当代实验室环境中，环境丰富（EE）被定义为通过提供促进圈养动物生理和心理福祉的刺激来提高动物护理质量。在过去的十年中，许多综述强调了EE在抗击AD进展中的功效。特别值得注意的是证据表明，EE可以逆转转基因AD小鼠的Aβ病理并减少老年斑的堆积。

. 非侵入性刺激对AD患者的影响

近年来，非侵入性脑刺激（iBS）技术在阿尔茨海默病（AD）患者方面引起了广泛的公众和科学关注，因为它们在调节神经活动和恢复病理生理方面扮演重要角，并在提高认知能力和减轻症状方面显示出有希望的效果。根据先前的文献研究，我们将在以下段落中讨论利用iBS技术改善AD患者的认知能力和减轻症状的机会。

.1 TMS

在临床环境中，经颅磁刺激（TMS）是最常用的iBS技术，用于了解脑网络的病理生理机制。各种研究已经显示了重复TMS（rTMS）在调节AD患者认知功能方面的有希望效果。例如，在Eliasova等人（2014）的一项研究中，对十名早期AD患者进行了高频（10 Hz）rTMS刺激，刺激点包括右侧额下回（IFG）和顶点，随机顺序进行。每次刺激包括2250个脉冲，所有参与者接受了两次rTMS刺激。研究报告显示，在对右侧IFG进行10 Hz rTMS刺激后，执行功能在Trail Making Test上有显著改善，该测试是一种评估执行功能的神经心理学测量方法。

综合这些研究，它们表明各种类型的重复TMS，无论是高频还是低频，单独应用或与认知训练结合，都有望成为改善AD患者认知功能的潜在干预手段，特别是在疾病早期阶段。然而，在上述研究中并未对仅进行认知训练的对照组进行测试。进一步研究在这一领域可能为开发有效的策略提供宝贵的见解，以改善受这种疾病影响的患者的生活质量。所有这些研究的一个明显局限性在于使用低可靠性测试来评估改善，比如MMSE。缺乏生态学测量。

.2 低强度电刺激

经颅电刺激（tES）是一种通过头皮传递电流以调节轴突或神经元膜极化（超极化或去极化）的低强度电刺激技术，与经颅磁刺激（TMS）不同，TMS通过直接在特定脑区域内诱导神经元激活/抑制来发挥作用。tES使用不同极性（阴极或阳极）的表面电极放置在特殊的导电介质中，例如浸泡在盐水溶液中的海绵，通过减少（即阴极刺激）或增加（即阳极刺激）神经元体（位于电极之间）发放的概率来工作，这取决于刺激的持续时间和强度。电流可以以不同方式传递，以不同方式刺激神经元活动，这使我们能够区分三种形式的tES：经颅直流刺激（tDCS）、经颅交流刺激（tACS）和经颅随机噪声刺激（tRS），后者是tACS的一个子形式，其中以随机变化的频率和强度传递低振荡电流。

大多数AD研究已经使用了tDCS，现在被认为对患者是可耐受和安全的。此外，tDCS是一种低成本技术，可以有效用于开发每日刺激会话的协议，从而评估tDCS相关效应的长期稳定性（见下一部分）。相比之下，迄今为止对于tACS在AD中的γ振荡活动的证据很少，这些证据基于动物模型的研究，而据我们所知，目前没有研究在AD研究中使用tRS。

. 经颅直流电刺激

通过传递电流（通常在1到2mA之间），tDCS可以通过极性改变（阳极或阴极）调节神经元活动，从而改变膜极化。一般来说，阴极tDCS会降低电极下方和周围大脑区域的皮质兴奋性，而阳极tDCS会增加兴奋性。

许多研究表明，tDCS在增强AD患者特定认知功能方面具有良好效果。通常，用于改善认知表现的刺激电流强度为2mA。例如，Boggio等人（2008年）对10名AD患者进行了为期0分钟的三次会话的阳极tDCS（atDCS）刺激，包括对左侧DLPFC和颞叶皮层进行真实刺激或假刺激。作者发现，对左侧DLPFC和颞叶进行atDCS显著改善了AD患者的视觉识别记忆能力。随后，同一作者调整了研究设计，以评估atDCS刺激的长期稳定性。为此，AD患者每天接受颞叶区域的双侧atDCS刺激，每次0分钟，每周5天。5天后，观察到视觉识别记忆的显著改善，并且这种改善在后的1个月内得以维持。然而，并未发现在视觉注意力或一般认知表现方面的显著改善。

.4 经颅交流电刺激

经颅交流刺激（tACS）传递的电流在特定频率下上下振荡（即所谓的峰-峰振幅），具有特定的刺激强度。虽然tDCS调节神经元膜电位的兴奋性阈值，但tACS直接与认知和/或感觉运动过程中的持续神经元活动相互作用，导致大脑网络振荡的同步或同步化。tACS是一种安全的神经元调节形式，尽管受试者可能报告轻微但短暂的副作用，且没有严重不良事件。

tACS已被证明可以调节高阶认知过程，包括工作记忆、长期记忆、叙事记忆和决策制定。同样，tACS已被用于改善AD患者的认知功能。例如，Zhou等（2021年）测试了tACS对AD患者颞叶在各种认知功能上的临床效果。他们证明，每日进行0次20分钟tACS6周，在轻至中度AD症状患者中显著改善了认知功能（单词回忆、测试指令回忆、构思技巧），并且MMSE和ADAS-Cog评分也发生了显著变化。这些结果支持γ波摆动作为AD策略的潜在作用。

.5 电休克

电抽搐疗法（ECT）是通过向一对电极传递电流诱发控制性癫痫发作。尽管ECT的功能尚未完全理解，但已知它能引起大脑中的增生性变化，如神经发生、血管生成和胶质发生。

长期记忆的形成和保留中涉及的关键脑结构之一是海马体。至关重要的是，海马体也是AD病变进展中最早受影响的区域之一。已知逆行性或顺行性遗忘是ECT的常见副作用。因此，人们已广泛研究了ECT对海马功能的影响，尽管尚未研究ECTAD症状的具体效果，这在某些证据的光下将是非常重要的。例如，Bouckaert等（2016年）报道了ECT后海马灰质增加的情况。

.6 颅电疗

颅内电刺激疗法（CES）使用夹式电极夹在耳垂上，施加低幅度的脉冲电流（通常<1mA）。

Scherder等（2002年）通过随机将18名参与者分配到CES组和对照组，研究了CES对AD患者认知的影响。组患者每天接受低频（0.5Hz）刺激，强度为10-600μA，每天0分钟，每周5天。然而，在经过6周的CES后，并未发现认知方面的改善。因此，Scherder等（2006年）在21名AD患者中使用高频（100Hz）CES，采用类似的方案（强度为10-600μA，每天0分钟，每周5天）。然而，经过6周的后，结果仍然显示认知没有改善。因此，并没有进行太多其他使用这种特定技术的试验。

.7 经皮电刺激

一些研究表明经皮神经电刺激（TES）可以改善AD患者的某些认知功能。TES模拟CES，但是通过患者的背部而不是耳垂（头部）传递刺激。Scherder等（1995年）将早期AD的16名患者分为两组：实验组8名参与者和虚拟组8名参与者。参与者每天通过放置在Th1和Th5椎骨之间的背部电极（每侧一根，沿脊柱）接受不对称双相方波脉冲的训练脉冲刺激，每天0分钟，持续6周。每个刺激训练包含9个内部频率为160Hz的脉冲。重置频率为2Hz，脉冲宽度为40微秒。作者观察到6周后在记忆识别测试中有显著改善。基于这些结果，相同的研究小组在16名中期AD患者身上使用相同的方案，然而报告称TES在这个疾病阶段的效果较差。

.8 非侵入性经皮迷走神经刺激

非侵入性经皮迷走神经刺激（tVS）设备便携，并可以通过颈部或耳朵的皮肤间接刺激迷走神经。迄今为止，在AD患者中尚未进行tVS研究。然而，正在研究非侵入性tVS用于改善记忆的效果。在一项涉及60名参与者的研究中，tVS刺激显示可以提高工作记忆任务的表现。类似地，Jongkees等（2018年）报告称，在一组40名参与者中，连续动作中的响应选择有所改善。Giraudier等（2020年）报告称，与虚拟刺激相比，单次tVS会话后高信心识别记忆有所改善，尽管整体词汇识别和情绪词汇处理未受影响。在Kaan等人（2021年）的一项研究中，tVS应用于耳廓时在词汇跨度任务上表现出更高的准确性，而在耳垂应用虚拟刺激或没有刺激时则不具有这种效果。作者观察到tVS影响认知和注意力，并有可能帮助调节记忆和语言。综合这些发现，这些结果可能表明tVS有潜在效果，可以改善AD患者的与记忆相关的症状，这需要未来的研究来评估。

4. 总结

尽管今天有药物被建议可以改善记忆，但它们对一系列症状无效，也不影响疾病的进展。随着阿尔茨海默病研究朝着早期诊断和干预方向发展，拥有准确的临床前模型来探究疾病机制并测试新疗法的疗效至关重要。光遗传学和化学遗传学在神经回路功能研究中具有巨大优势。结合非侵入性刺激技术，可以识别不同神经元之间的功能连接，并评估它们在AD模型中的功能改变。结合行为测试，可以到参与记忆过程不同阶段的特定神经回路，并确定哪个回路导致各种AD动物模型中类似AD认知功能障碍。光遗传学和化学遗传学不仅提供了对AD发病机制更深入的理解，还为使用这些工具进行打开了大门。主要障碍在于将研究结果从实验室转移到临床。尽管存在各种挑战，光遗传学已被安全有效地应用于非人类猕猴，这是非常引人注目的，因为灵长类动物研究将该领域与临床更为接近。

本研究旨在促进既有雄心又切实可行的转化项目的进展。从临床前研究开始，这些项目有潜力最终实现对AD的有效临床，且副作用最小。通过基于iBS技术、光遗传学和/或化学遗传学的创新和综合方法，有可能通过挽救AD中的记忆能力迈出重要一步，这将有助于开发新策略和未来方法，改善与AD记忆相关的疾病的。

在评估AD效果的方法学中存在一些相关问题。一个关键批评是过度依赖MMSE测试，可能受到练习效应的影响，使得难以区分患者病情的实际改善和对测试本身的熟悉程度。MMSE可能甚至对患有晚期痴呆症的个体也是可接受的，特别是如果他们受过高等教育。此外，明显缺乏对生态学措施的考虑会对评估的有效性产生疑问，因为这些措施可能不一定反映患者和照顾者日常生活改善的实际影响。建议未来研究应采用更全面的方法，并在日常生活环境中衡量效果。

另一个需要考虑的关键方面是这些潜在有希望的技术在AD背景下的有限应用。此外，重要的是要注意——作为一个主要限制——无法通过TMS瞄准深部脑核。在讨论的技术中，作为TMS的一个衍生技术，磁性癫痫疗法（MST）呈现出一个有趣的可能性。MST利用高强度的重复TMS诱导癫痫，但比TMS具有更大的控制性。尽管具有潜力，目前尚无研究调查MST在AD中的应用。Luber等（201年）研究了TMS和MST在与脑老化相关的神经精神疾病中的应用。作者建议MST可能改善认知功能或减少遗忘症。因此，MST需要进一步探索其对AD患者的潜在影响。

此外，未来的研究可以深入研究健康个体的记忆。针对与病理生理条件相关的限制，一些作者建议研究具有异常记忆能力的个体的神经生物学基础。这种方法引入了研究卓越记忆的创新方法，重点关注三条最近的研究线索：具有高度卓越自传记忆的个体、显示卓越记忆的老年个体以及接受记忆技巧训练的个体，如记忆运动员。这一论点认为，使这些体的记忆表现增强的基本机制可能潜在地增强病理条件下的记忆。这一关于卓越记忆的研究线路有可能挑战传统的记忆研究方法，这些方法通常侧重于记忆障碍。这种创新方法可能为未来的大脑刺激和其他干预研究铺平道路，以应对诸如AD等疾病中的记忆障碍和记忆丧失。

参考文献：Treating Alzheimer’s disease with brain stimulation: From preclinical models to non-invasive stimulation in humans.