生酮饮食通过激活CREB通路特异性改善雌性APOE4阿尔茨海默病模型小鼠的记忆功能

《GeroScience》：A ketogenic diet improves memory in females in the APOE4 mouse model of Alzheimer’s disease

　　本研究针对APOE4等位基因作为阿尔茨海默病最强遗传风险因子且对女性影响尤为显著的临床问题，系统探讨了生酮饮食(KD)在人工APOE4阿尔茨海默病小鼠模型中的干预效果。研究发现KD能显著提升雌性小鼠的复合认知评分和空间工作记忆，并特异性增强其海马长时程增强(LTP)。机制研究表明KD通过激活CREB信号通路（表现为p-ERK和p-CREB水平升高）和降低全身性炎症因子水平，发挥神经保护作用。该研究为APOE4阳性女性阿尔茨海默病高危人群提供了潜在的营养干预策略。

　　

当谈及阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的遗传风险因素时，载脂蛋白E ε4等位基因（apolipoprotein E ε4 allele, APOE4）无疑是最重要的角色。这一基因变异使得携带者患病风险显著增加，尤其对女性影响更为突出——数据显示，70岁女性APOE4携带者的AD风险相较于非携带者升高约4倍，而男性风险升高约3倍。在全球范围内，约有3400万美国女性和7500万欧洲女性携带APOE4基因，面临更高的AD患病风险。值得注意的是，APOE4携带者在出现临床症状前数十年就已表现出大脑葡萄糖代谢缺陷，这提示能量代谢障碍可能是AD发病的重要机制。

面对这一严峻挑战，加州大学戴维斯分校等机构的研究团队将目光投向了生酮饮食（ketogenic diet, KD）——一种低碳水化合物、高脂肪的饮食模式，能够促进酮体代谢。既往研究表明，KD不仅能改善老年C57BL/6小鼠的年龄相关性记忆减退，还能在早发性AD模型小鼠（PS1/APP）中挽救突触可塑性缺陷。那么，这种饮食干预是否对APOE4相关的AD风险具有保护作用呢？近期发表在《GeroScience》上的研究为我们提供了重要线索。

为了回答这一科学问题，研究团队采用了多种关键技术方法：他们使用人工APOE4小鼠模型，从10月龄（相当于人类40岁）开始给予等热量的控制饮食（control diet, CD）或生酮饮食干预12个月，直至22月龄（相当于人类60多岁）；通过行为学测试（包括新物体识别、Y迷宫、Barnes迷宫等）评估认知功能；采用电生理技术记录海马长时程增强（long-term potentiation, LTP）以评估突触可塑性；利用RNA测序和Western blot分析分子机制；并通过血浆多重细胞因子检测评估全身炎症状态。

KD改善复合认知评分并显著增强雌性APOE4小鼠的空间工作记忆

研究人员首先评估了KD对22月龄APOE4小鼠认知功能的整体影响。通过将三个领域测试（Y迷宫自发交替率、Barnes迷宫目标潜伏期和新物体识别新颖物体探索时间）的z分数合并为复合认知评分，发现KD喂养的APOE4小鼠相比CD组有显著更高的复合评分，表明KD对认知功能有改善作用。当按性别分层分析时，虽然雌性和雄性小鼠都显示出改善趋势，但未达到统计学显著性。在Y迷宫测试中，KD喂养的APOE4小鼠整体显示出更高的交替百分比，表明空间工作记忆改善。特别值得注意的是，这种改善在雌性APOE4小鼠中达到统计学显著性，而在雄性中不显著。

KD挽救雌性APOE4小鼠的LTP

长时程增强（LTP）被认为是突触可塑性的主要标志，也是记忆的神经生理学基础。研究发现，22月龄CD喂养的APOE4小鼠仅有约基线110%的最小场兴奋性突触后电位（fEPSP）斜率，而年龄匹配的KD喂养小鼠则表现出约基线140%的早期和晚期LTP。当按性别分析时，仅雌性APOE4小鼠在KD喂养后表现出晚期LTP的显著增强，而雄性小鼠虽然也有升高趋势，但差异不显著。这一发现与行为学结果一致，进一步支持KD对雌性APOE4小鼠的神经保护作用更为明显。

APOE4小鼠大脑皮层的基因表达分析显示KD增强CREB突触可塑性通路

通过RNA测序分析大脑皮层样本，研究人员发现KD在雌性APOE4小鼠中调控了871个差异表达基因（DEGs），而在雄性中仅调控了257个。 ingenuity通路分析（IPA）显示，KD激活了多个与神经元功能相关的通路，特别是在雌性小鼠中，CREB（cAMP反应元件结合蛋白）通路是KD增强的主要过程，包括神经元中的CREB信号传导、G蛋白偶联受体信号传导和cAMP介导的信号传导。上游调控因子分析确定CREB1、雌二醇和L-多巴（L-DOPA）是KD在雌性中触发转录重编程的最可能介质。此外，多个已知激活突触可塑性因子CREB的基因（包括多巴胺受体D1（Drd1）、腺苷酸环化酶5（Adcy5）和多巴胺和cAMP调节的磷蛋白32kDa（Darpp32））在雌性APOE4大脑中被KD显著诱导，而在雄性中无此效应。

KD显著诱导雌性APOE4小鼠中p-CREB和p-ERK生化通路

与转录组学结果一致，海马Western blot分析显示，仅在KD喂养的雌性APOE4小鼠中，CREB和ERK的磷酸化水平显著增加，而在雄性中无此效应。这些结果表明KD通过激活CREB和ERK信号通路，特异性增强雌性APOE4小鼠的突触可塑性。

KD显著降低雌性APOE4小鼠的循环炎症细胞因子

对13种促炎细胞因子的复合评分分析显示，存在显著的性别和饮食主效应。在CD条件下，雌性APOE4小鼠的炎症评分显著高于雄性，而KD喂养显著降低了雌性的炎症水平。当对每种细胞因子单独分析时，KD显著降低了雌性小鼠13种循环细胞因子中的9种水平。这一发现表明KD可能通过降低全身性炎症来改善认知功能。

研究结论与意义

这项研究揭示了生酮饮食在APOE4阿尔茨海默病模型中的性别特异性神经保护作用。研究结果表明，长期KD干预能通过双重机制改善雌性APOE4小鼠的认知功能：一方面通过降低循环促炎细胞因子水平减少全身性炎症；另一方面通过激活G蛋白偶联受体刺激脑内ERK-CREB信号传导，触发突触可塑性相关基因的转录重编程。

这些发现具有重要的转化医学意义。首先，研究为APOE4女性这一AD最高风险人群提供了潜在的非药物干预策略。其次，研究揭示了KD作用的具体分子机制，为开发针对APOE4相关AD的精准营养干预提供了理论基础。特别值得注意的是，现代抗体导向的β-淀粉样蛋白降低策略（如Leqembi）在APOE4携带者中可能引起不良事件，这使得饮食干预成为更具吸引力的替代方案。

然而，研究也存在一定局限性，如仅在单一APOE4小鼠模型中进行，能否推广到人类需要进一步验证；KD对雌性特异性益处的机制尚未完全阐明；KD对老年人群脑健康和认知功能的长期影响仍需通过临床试验探索。

总之，这项研究不仅深化了我们对生酮饮食神经保护机制的理解，还为APOE4阳性女性AD预防提供了重要的实验依据。随着进一步研究的深入，生酮饮食有望成为AD高风险人群，特别是APOE4阳性女性的有效干预策略，为阿尔茨海默病的防治开辟新的途径。