健忘困扰如何解？科学家揭示Epac2激活调控神经元突触活动机制

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2025年4月14日，荷兰格罗宁根大学进化生命科学研究所Ulrich L.M. Eisel在Neuropharmacology发表：Activation of Epac2 improves Aβ-induced impairment of memory retrieval in an acute model of Alzheimer’s disease，揭示了Epac2的激活改善了阿尔茨海默病急性模型中Aβ诱导的记忆提取障碍。

记忆提取障碍是阿尔茨海默病（AD）早期的一个病理认知标志。先前的研究指出，直接由cAMP激活的交换蛋白2（Epac2）在促进记忆提取方面具有特定且时间限制的作用。在本研究中，作者探究了一种新型Epac2激活剂S220对神经元和突触活动以及急性AD小鼠模型中记忆障碍的影响。S220处理增加了原代神经元中的动作电位发放频率和细胞内钙浓度。此外，S220处理增加了CA1神经元中的突触电流。在急性AD小鼠模型中，海马内注射β淀粉样蛋白（Aβ）寡聚体损害了记忆表现。在进行情境恐惧条件反射的记忆保持测试前20分钟给予S220，能够恢复因Aβ引起的记忆损伤，表明其对记忆提取有增强作用。综合来看，新型Epac2激活剂S220促进了突触传递和神经元放电并通过增强记忆提取改善了Aβ引起的小鼠记忆损伤。这提示Epac2可能作为治疗AD的一个潜在靶点。

图一 Epac2激活剂 S220 可增加原代神经元培养物中动作电位的频率

为了评估Epac2特异性激活剂S220对神经元群体动作电位发放的影响，作者在两周大的原代皮层培养物中使用了微电极阵列。将10 µM的S220应用于这些神经元培养物后，观察到神经元的发放频率显著增加。此外，与对照组相比，神经元产生了更多的簇状放电并且神经元同步放电的发生率也增加，但并未影响簇状放电持续时间或网络簇状放电持续时间。这种由S220诱导的发放频率增加在30分钟时达到峰值，并至少维持了1小时。相比之下，应用10 µM的8-pCPT（一种效力较低的Epac2激活剂）仅导致发放频率小幅增加约20%。用10 µM的ESI-05（一种特异性Epac2抑制剂）处理后，在应用15分钟后表现出延迟效应，并将发放频率降低至基础水平的约70%，这表明存在基础水平的Epac2活性。此外，在应用10 µM S220后30分钟再加入10 µM ESI-05处理，能够显著逆转S220诱导的发放增加，使其恢复到基础水平。另外，通过测量泛PKA底物发现，10 µM S220并未激活PKA，这表明在这些实验中S220选择性地激活了Epac2。这些结果共同表明，Epac2在促进原代神经元培养物中的动作电位发放方面发挥了特定作用。

图二 Epac2激活剂S220可增加原代神经元内的细胞内钙含量

为了观察S220对原代皮层神经元（PCNs）群体神经元活动的影响，通过Fluo-4 AM染色对细胞内钙离子浓度（[Ca2+]i）进行成像，并与微电极阵列（MEA）记录结果进行比较。在进行2分钟的基线测量后，使用10 µM S220处理导致PCN群体中的[Ca2+]i持续增加，并持续了28分钟。此外，与2分钟时观察到的基线条件相比，S220处理使PCNs中的[Ca2+]i显著升高。

图三 Epac2激活剂S220可改善Aβ诱导的记忆缺陷

为了建立一个研究Aβ寡聚体对记忆急性影响的体内模型，向C57BL/6J小鼠的海马CA1区域植入了双导向套管。套管的植入并未影响小鼠在高架十字迷宫或Y迷宫中的表现，表明手术操作未干扰焦虑水平或工作记忆。作者测试了不同浓度的Aβ寡聚体在海马内注射后是否会引起急性记忆障碍。在将小鼠暴露于情境恐惧条件反射范式前1小时，分别注射15 pmol或30 pmol的人源Aβ42寡聚体或以PBS作为对照。基于该实验结果，作者选择30 pmol的Aβ寡聚体作为研究其对Epac2影响的剂量。根据之前的研究，每只脑内注射300 ng的8-pCPT能够增强记忆提取，因此选择以等效剂量的300 ng S220进行注射。此外，通过免疫组化检测了Aβ寡聚体和/或S220是否会影响海马中的Epac2表达。结果显示，与PBS组相比，Aβ寡聚体导致CA1区锥体细胞层和齿状回颗粒细胞层中Epac2表达下降，但未影响CA3区锥体细胞层的Epac2表达。相比之下，S220单独使用或在Aβ应用24小时后使用均未改变Epac2的表达水平。

综上所述，研究揭示了S220对Epac2的激活能够促进包括动作电位、细胞内钙水平和mEPSCs在内的电生理和神经元活动，从而有助于记忆功能的实现。此外，特异性激活Epac2能够有效改善由Aβ引起的急性记忆障碍。与以往专注于光遗传学干预的研究相比，作者的研究开创了一种药理学策略，并为针对记忆提取来缓解AD早期认知症状提供了转化基础。本研究表明，Epac2可能是一个有前景的治疗靶点，可用于改善AD早期或与记忆提取相关的记忆缺陷疾病中的受损记忆提取功能。

文章来源

https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2025.110468