美國溫安洛研究所神經(jīng)退化科學(xué)中心的Michaela E. Johnson和Liza Bergkvist等科研人員就于2020年6月8日在《Scientific Reports》雜志上發(fā)表了一份關(guān)于《Deficits in olfactory sensitivity in a mouse model of Parkinson’s disease revealed by plethysmography of odor-evoked sniffing》的研究報告，探討了如何利用WBP全身體積描記系統(tǒng)設(shè)置的半自動化嗅覺分析系統(tǒng)研究帕金森病小鼠模型嗅覺減退的病理機制。

在每個測試的時間節(jié)點前，實驗動物會被放置在裝置里長達(dá)3天，以適應(yīng)WBP全身描記器里的環(huán)境、噪音、和閥門開合引起的應(yīng)力感覺/壓力變化。為了達(dá)到實驗動物的習(xí)慣化，每分鐘給予6秒的礦物油蒸汽，長達(dá)30分鐘。使用該分析裝置的軟件系統(tǒng)，研究人員對呼吸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括吸氣峰值、瞬間呼吸頻率等呼吸參數(shù)，計算呼吸頻率高于6Hz的時間（嗅探時間）。

為了驗證上述半自動化老鼠嗅覺分析系統(tǒng)裝置的有效性，研究人員巧用硫酸鋅引發(fā)雄性小鼠暫時性的嗅覺靈敏度減退，當(dāng)暴露在不同氣味濃度逐漸增加的環(huán)境中，此嗅覺受損小鼠模型組均表現(xiàn)出嗅探時間的減少，嗅覺敏感度的顯著降低。

半自動化嗅覺分析系統(tǒng)的驗證

驗證成功后，在最終氣味檢測能力實驗前，研究人員還需使用WBP全身描記器設(shè)置的半自動化嗅覺分析系統(tǒng)進(jìn)行一個步驟，以證明PFFs注射后的小鼠不會喪失最基本的呼吸能力和嗅探能力。如下圖所示，經(jīng)11次礦物油暴露后（為了實驗動物模型的習(xí)慣化），所有的雌性實驗組皆在所有3個時間節(jié)點表現(xiàn)出了新氣味嗅探行為（>6Hz），這證明了無論是實驗對照組或治療組都保有最起碼的嗅探運動功能。
 

小鼠注射PFFs 1、3、6個月后暴露于礦物油刺激時的呼吸頻率變化

接著，如下圖所示，研究人員對相同的小鼠進(jìn)行了可能的漸進(jìn)式氣味檢測靈敏度降低的探討，分為6個實驗組。相對于所有PFFs組，所有PBS對照組接受到新氣味刺激時（6秒），皆表現(xiàn)出較為長時間的嗅探行為（呼吸頻率>6Hz）。

研究結(jié)果顯示，正如研究所預(yù)期的一樣，在注射6個月后，動物模型嗅覺系統(tǒng)在雙側(cè)嗅球注射PFFs后成功引發(fā)前嗅核和梨狀皮質(zhì)病理性pSer129 α-突觸核蛋白廣泛聚集，但無論是雌性或雄性小鼠，都沒有發(fā)生黑質(zhì)磷酸化α-突觸核蛋白廣泛聚集的病灶，也沒有明顯的呼吸運動障礙，包括自主呼吸和新氣味嗅探行為。這支持了團(tuán)隊之前的推理，即接受PFFs注射的小鼠嗅探行為降低是由于嗅覺感覺缺失而非本身嗅覺運動缺失所導(dǎo)致。

嗅覺功能障礙是帕金森疾病的一個早期非運動性癥狀。雖然疾病早期常伴有有其他明顯體征或癥狀如情緒紊亂、腸道功能紊亂、睡眠障礙等，但嗅覺功能障礙給帕金森病的早期診斷提供了最佳參考價值。利用WBP全身體積描記器設(shè)置的半自動化嗅覺分析系統(tǒng)相對于其他傳統(tǒng)方法學(xué)更有能力檢測到無法替代的嗅覺感知變化，原因有四：

第一，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)PFFs注射后的雌性鼠受到新氣味刺激時表現(xiàn)為嗅探行為的減少（即便有完整的嗅探運動能力）。這足以證明這嗅覺缺損是因嗅覺結(jié)構(gòu)里的α-突觸核蛋白病灶的所導(dǎo)致的。

第二，此系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)PFFs注射后的雄性鼠沒有顯示出與雌性鼠相同的嗅覺障礙。得力于WBP，進(jìn)一步研究證明了雌性幼鼠在臨床上具有更突出的“嗅覺優(yōu)勢”。在同樣的PFFs治療下，雌性鼠的嗅覺檢測功能足以被顯著削弱。 

第三，如上圖b項所示，使用該半自動化裝置，發(fā)現(xiàn)小鼠隨著相同氣味濃度的提高，表現(xiàn)出了越發(fā)亢進(jìn)的嗅探行為，這有違我們先前的氣味習(xí)慣化理論，有助于激發(fā)研究人員進(jìn)一步分析的興趣。其中一種解釋是，隨著濃度的提高，動物對相同的氣味的“感知”是不一樣，好比說，當(dāng)人類聞到濃度低的香煙味時，會感覺氣味略帶有“香氣”，而當(dāng)濃度高時，人類被濃煙“嗆”到窒息。

第四，如上圖e、f所示，在注射PFFs 3、6個月后的傳統(tǒng)埋藏食物小球試驗里，雌性PBS組（對照組）和PFFs組（治療組）的等待時間無明顯差異。

總之，這種借助WBP全身描記系統(tǒng)的分析方法學(xué)有助于讓科研人員深入研究α-突觸核蛋白對嗅覺感知的影響及其病理機制。對于未來的研究方向，可在上述研究結(jié)果基礎(chǔ)上，通過連續(xù)稀釋PFFs進(jìn)行小鼠嗅球注射后評估嗅覺缺損，從而深入研究嗅覺缺損與α-突觸核蛋白病理負(fù)載的關(guān)聯(lián)。配合使用靈敏度更高的WBP全身描記法，開發(fā)和評價潛在的治療干預(yù)方案，研究預(yù)防嗅覺減退、α-突觸核蛋白病灶蔓延、神經(jīng)元功能障礙或喪失的有效途徑。開發(fā)針對減少α-突觸核蛋白合成、分泌、聚集以及增加清除該致病性寡聚體的治療方式，成為當(dāng)前攻克帕金森病的具有前景的手段。

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