活动依赖性代谢储备是APPPS1内嗅皮层组织脆弱性的主要位点。虽然基础氧耗和细胞外钾离子稳态在很大程度上得以保留，但神经元刺激暴露出APPPS1脑片CMRO₂反应的降低。异氟烷抑制了各基因型的代谢需求，从而降低了使这一储备缺陷显现出来的能量挑战强度。基于蛋白质组学信息的动力学建模进一步提示，高ATP需求下糖酵解能力下降是一个候选机制。

图2、基因型但异氟烷不影响野生型（WT）和阿尔茨海默病（AD）样APPPS1小鼠脑切片中的小胶质细胞和星形胶质细胞。（A）11个月龄野生型（WT）和阿尔茨海默病（AD）样APPPS1小鼠的400-μm脑切片代表性共聚焦图像显示了小胶质细胞（IBA1，红色）、活化的微胶质细胞（Trem2，绿色）以及细胞核（DAPI，蓝色）。图示为微胶质细胞形态；标尺=25 μm。对IBA1覆盖区域和TREM2强度进行定量分析显示，APPPS1小鼠存在小胶质细胞浸润，但异氟烷未产生具有统计学意义的影响。（B）11个月龄WT和AD样APPPS1小鼠的400-μm脑切片代表性共聚焦图像显示了星形胶质细胞（GFAP，绿色）和细胞核（DAPI，蓝色）。图中插图显示星形胶质细胞的形态；标尺 = 25 μm。定量分析显示，APPPS1小鼠未见星形胶质细胞增生，且异氟烷未产生具有统计学意义的影响。为进行定量分析，每只小鼠和每种条件各取一片切片，随机选择每片切片中的三个皮层视野，在20倍放大下成像，并采用每片平均值进行图形展示和统计比较。

图3、在动物水平上，异氟烷和基因型对野生型（WT）和APPPS1小鼠静息及活动驱动的脑氧代谢率（CMRO2）的影响。图中显示了WT（红色）和APPPS1（蓝绿色）小鼠在对照条件（CTL）、1%异氟烷、3%异氟烷和洗脱（WO）下的CMRO2，分别展示未刺激（左）和刺激（右）条件。半透明点和轨迹代表通过在相应条件下对每只动物的切片水平测量值进行平均而获得的动物水平均值；带有阴影区域的实心符号代表观测组均值及其95%置信区间；带有误差线的空心符号表示基于线性混合效应模型得出的模型估计边际均值（EMMs）及其95%置信区间。CMRO2随异氟烷浓度增加而降低，并在洗脱期间部分恢复；尽管在未刺激条件下未观察到显著的基因型差异，但刺激导致WT小鼠的CMRO2增幅显著大于APPPS1小鼠（△△=-3.1±1.03，t(566)=-3.02，p=0.0026）。统计推断基于考虑了切片内重复测量（嵌套于动物内）的线性混合效应模型。

图4、异氟烷在动物水平上改变了野生型（WT）和APPPS1小鼠脑部细胞外钾离子动力学。（A）基线细胞外钾浓度([K⁺]o)，（B）刺激诱导的钾振幅，（C）50%清除时间（T50），（D）90%清除时间（T90），以及（E）1秒、（F）2秒和（G）5秒后剩余Δ[K⁺]o的相对比例，在对照条件（CTL）下，暴露于异氟烷（1%和3%）期间及洗脱后（WO）。野生型小鼠以红色表示，APPPS1小鼠以蓝绿色表示。半透明点和轨迹代表在相应条件下，通过每只动物内切片层面测量结果取平均得到的动物水平均值。实线带填充圆圈表示观察到的组均值及其95%置信区间。而空心圆圈带误差条则表示基于线性混合效应模型计算出的估计边际均值（EMMs）及其95%置信区间。异氟烷显著提高了基线[K⁺]o浓度，降低了刺激诱导的钾振幅，并减缓了刺激后的钾清除速率。

图5、APPPS1脑切片中的蛋白质组和代谢变化反映了与阿尔茨海默病相关的神经炎症，同时维持了能量产生能力。（A）火山图展示了在APPPS1（n = 11）与野生型小鼠（n = 11）脑切片中测得的5897种蛋白质的对数倍数变化。左侧为APPPS1小鼠中下调表达的蛋白，右侧为上调表达的蛋白。共有37种蛋白质显著上调（p < 0.05；对数倍数变化 >2），以蓝色标出。(B)对所有检测到的蛋白质进行主成分分析（PCA）显示，野生型（蓝色）和APPPS1（红色）组之间有明显分离，表明其蛋白质组学特征具有广泛差异。改变。(C) PCA 对代谢酶的分析未显示出野生型（蓝色）与 APPPS1（红色）之间明显的组间分隔，表明整体代谢蛋白表达保持稳定。(D) 对37种上调蛋白质进行的通路富集分析显示，与免疫激活相关的生物过程显著富集，包括“免疫应答”、“炎症应答”和“补体激活”，以及KEGG通路如“补体与凝血级联”、“抗原加工与呈递”和“阿尔茨海默病”，提示与疾病相关的分子功能被上调。(E-G) 基于蛋白质组数据的功能代谢建模用于模拟神经元能量代谢。尽管APPPS1切片中最大葡萄糖摄取量（E）和ATP生成能力（F）得以维持，但糖酵解流量显著降低（p = 0.02），ATP/O₂比值（G）呈现能量效率下降的趋势（p = 0.058）。


结论与展望

这些发现表明，AD样皮层组织在静息时可能表现为代谢稳定，但在神经元需求增加时丧失储备，凸显了活动依赖性能量代谢可作为组织脆弱性的一个敏感读出指标。这种组织固有的储备缺陷是否会转化为体内的围术期脆弱性，以及支持神经元能量供给的策略是否能够增强对麻醉应激的韧性。AD样皮层组织在静息时看似代谢稳定，但在神经活动增强时丧失代谢储备，这种活动依赖性代谢缺陷可能构成围手术期脑脆弱性的组织基础，未来需进一步在体内验证该组织固有储备缺陷是否能转化为临床相关的麻醉应激易感性。Unisense微电极所提供的高分辨率氧分压实时数据，直接支撑了本研究的核心发现——即APPPS1模型在神经元激活下CMRO₂增幅显著降低、异氟烷以浓度依赖性方式抑制CMRO₂，以及[K⁺]₀稳态的改变，从而揭示了AD样脑组织的活动依赖性代谢脆弱性。