帕金森病（Parkinson's disease，簡稱PD）是一種影響中樞神經系統的慢性神經退化疾病，主要影響運動神經系統。Braak病理分期理論提出，在疾病發展的早期，90%以上的帕金森病患者會出現明顯的嗅覺減退癥狀。其中，有少數患者會持續惡化，最終完全喪失嗅覺功能。

美國溫安洛研究所神經退化科學中心的Michaela E. Johnson和Liza Bergkvist等科研人員就于2020年6月8日在《Scientific Reports》雜志上發表了一份關于《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全身體積描記系統設置的半自動化嗅覺分析系統研究帕金森病小鼠模型嗅覺減退的病理機制。

實驗中，研究人員在實驗鼠的雙側嗅球注射了重組α-突觸核蛋白前體原纖維（PFFs），成功建造了PD小鼠模型，在注射PFFs后1個月、3個月和6個月里，PD小鼠模型皆產生了漸進式的嗅覺靈敏度銳減，此方法每組的樣本量僅采用了5-6只小鼠。為了實現這一點，團隊監測分析了小鼠受氣味誘發后嗅探的呼吸變化，這是一種典型嚙齒類動物在檢測到新氣味刺激時所表現出的條件反射。而為了監測小鼠的嗅探行為，實驗團隊采用了基于Wesson、Hegoburu和Youngentob等人的方法，利用WBP全身體積描記器和嗅覺測量儀組成的半自動化的老鼠嗅覺分析系統監測小鼠受到新氣味誘發的嗅探行為、呼吸瞬變等數據，以評價其嗅覺功能，利用嗅覺測量儀保證氣味傳遞的精確控制。小鼠在注射PFFs（治療組）或PBS后（對照組）1個月、3個月和6個月接受了嗅覺檢測靈敏度測試。

在每個測試的時間節點前，實驗動物會被放置在裝置里長達3天，以適應WBP全身描記器里的環境、噪音、和閥門開合引起的應力感覺/壓力變化。為了達到實驗動物的習慣化，每分鐘給予6秒的礦物油蒸汽，長達30分鐘。使用該分析裝置的軟件系統，研究人員對呼吸數據進行分析，包括吸氣峰值、瞬間呼吸頻率等呼吸參數，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裝置的有效性，研究人員巧用硫酸鋅引發雄性小鼠暫時性的嗅覺靈敏度減退，當暴露在不同氣味濃度逐漸增加的環境中，此嗅覺受損小鼠模型組均表現出嗅探時間的減少，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全身描記器設置的半自動化嗅覺分析系統進行一個步驟，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11次礦物油暴露后（為了實驗動物模型的習慣化），所有的雌性實驗組皆在所有3個時間節點表現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行了可能的漸進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），皆表現出較為長時間的嗅探行為（呼吸頻率>6Hz）。

研究結果顯示，正如研究所預期的一樣，在注射6個月后，動物模型嗅覺系統在雙側嗅球注射PFFs后成功引發前嗅核和梨狀皮質病理性pSer129 α-突觸核蛋白廣泛聚集，但無論是雌性或雄性小鼠，都沒有發生黑質磷酸化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全身體積描記器設置的半自動化嗅覺分析系統相對于其他傳統方法學更有能力檢測到無法替代的嗅覺感知變化，原因有四：
 

第一，研究團隊發現PFFs注射后的雌性鼠受到新氣味刺激時表現為嗅探行為的減少（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構里的α-突觸核蛋白病灶的所導致的。
 

第二，此系統發現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，進一步研究證明了雌性幼鼠在臨床上具有更突出的“嗅覺優勢”。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，發現小鼠隨著相同氣味濃度的提高，表現出了越發亢進的嗅探行為，這有違我們先前的氣味習慣化理論，有助于激發研究人員進一步分析的興趣。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，當人類聞到濃度低的香煙味時，會感覺氣味略帶有“香氣”，而當濃度高時，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全身描記系統的分析方法學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，可在上述研究結果基礎上，通過連續稀釋PFFs進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-突觸核蛋白病理負載的關聯。配合使用靈敏度更高的WBP全身描記法，開發和評價潛在的治療干預方案，研究預防嗅覺減退、α-突觸核蛋白病灶蔓延、神經元功能障礙或喪失的有效途徑。開發針對減少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，成為當前攻克帕金森病的最具前景的手段。

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