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(jī)制。

在每個測試的時間節(jié)點(diǎn)前，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)證

驗(yàn)證成功后，在最終氣味檢測能力實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)動物模型的習(xí)慣化），所有的雌性實(shí)驗(yàn)組皆在所有3個時間節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出了新氣味嗅探行為（>6Hz），這證明了無論是實(shí)驗(yàn)對照組或治療組都保有最起碼的嗅探運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動障礙，包括自主呼吸和新氣味嗅探行為。這支持了團(tuán)隊(duì)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(yùn)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(yùn)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(duì)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(yùn)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(xiàng)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(yàn)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(jī)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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