慢性睡眠片段化对APPSAA基因敲入小鼠阿尔茨海默病病理的性别差异性影响
《Journal of Inflammation Research》：Chronic Sleep Fragmentation Differentially Affects Alzheimer’s Disease Pathology in Male and Female APPSAA Knock-in Mice
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时间：2025年10月16日
来源：Journal of Inflammation Research 4.1
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本研究发现慢性睡眠片段化通过性别特异性方式加剧阿尔茨海默病（AD）相关病理。研究采用表达正常水平APP的APPSAA敲入小鼠模型，通过自动化清扫系统模拟环境性睡眠干扰，首次系统揭示了睡眠片段化对神经炎症和β-淀粉样蛋白（Aβ）积累的性别差异性影响，为理解女性AD高发风险提供了新的机制视角。
研究采用非侵入性压电传感器系统（PiezoSleep）连续监测APPSAA敲入小鼠的睡眠-觉醒模式。该系统通过检测睡眠特有的呼吸节律振动模式，将生理参数量化为0-3的活动度量值，其中0代表睡眠状态，3代表持续高活动状态。睡眠记录数据通过ClockLab（Actimetrics V 6.1）程序进行昼夜节律参数分析，包括余弦分析确定节律振幅和均值估计统计量（MESOR），以及非参数昼夜节律分析测定日内变异性（IV）和日间稳定性。
实验采用分层随机化方法将小鼠分为 undisturbed sleep（US）和 sleep fragmentation（SF）两组。SF组使用拉斐特仪器公司的机械化清扫系统（Model 80391），在光周期（ZT0-12）设置四个1小时片段化时段（ZT2-3、ZT4:30-5:30、ZT7-8、ZT9:30-10:30），以10厘米/秒速度水平清扫笼底诱导觉醒。该方案每周实施5天，持续5周，累计100小时强制觉醒时间，周末允许恢复睡眠以防止刺激习惯化。
研究结果显示，SF显著改变了24小时睡眠模式。光周期睡眠时间在第1周（F=2350.93, p<0.0001）和第5周（F=958.23, p<0.0001）均出现主要效应，第5周还观察到睡眠片段化与性别的交互作用（F=57.53, p=0.048）。暗周期睡眠在第1周出现睡眠片段化（F=1051.98, p<0.0001）和性别（F=794.01, p=0.0002）的主要效应。值得注意的是，女性小鼠通过立即增加觉醒后睡眠和暗周期睡眠来维持总睡眠时间，而男性小鼠则表现出总睡眠减少和活动增加，提示 arousal 水平升高或睡眠压力不足。
昼夜节律完整性分析显示，SF显著增加了日内变异性（IV）——一种直接衡量节律片段化的指标。第1周（F=13.29, p=0.0011）和第5周（F=53.85, p<0.0001）均观察到显著效应，表明节律整合进行性恶化。24小时平均活动水平（MESOR）在第5周出现睡眠片段化（F=20.19, p=0.0001）和性别（F=9.20, p=0.0053）的主要效应，以及显著的交互作用（F=4.74, p=0.0383）。每日活动节律振幅——反映昼夜振荡稳健性的指标——在SF后显著降低，第1周（F=167.47, p<0.0001）和第5周（F=15.35, p=0.0006）均观察到主要效应。
通过ELISA检测不同溶解度分级的Aβ水平发现显著的性别特异性效应。在代表单体和低聚体Aβ的PBS可溶性组分中，SF显著增加女性小鼠新皮层Aβ水平（p=0.015），而男性或无显著变化。在包含较大Aβ聚集体的去垢剂可溶性组分中，新皮层出现性别分化模式：SF增加女性Aβ水平（p=0.05）但降低男性水平（p=0.017）。海马区去垢剂可溶性Aβ出现睡眠片段化主要效应（F=14.67, p=0.0007），两性均显示降低趋势。在代表纤维状Aβ的甲酸可溶性组分中，新皮层发现性别与睡眠片段化的交互作用（F=6.33, p=0.0181），SF显著增加女性新皮层Aβ水平（p=0.001）。
免疫组化分析显示，虽然总Aβ斑块负荷无显著睡眠片段化主效应，但海马区发现性别主效应（F=5.59, p=0.0255），女性斑块负荷高于男性。按尺寸分层分析发现，SF显著增加女性海马区中型斑块（100-399μm2）密度（p=0.034），而其他尺寸类别无显著变化。
Meso Scale Discovery（MSD）多重细胞因子分析揭示了复杂的神经炎症模式。新皮层发现SF诱导的IL-1β（F=5.17, p=0.0312）、CCL2（F=11.04, p=0.0026）、CXCL2（F=11.53, p=0.0021）、CXCL1（F=4.58, p=0.0414）和CXCL10（F=4.41, p=0.0451）升高。新皮层CXCL2还发现显著的性别与睡眠片段化交互作用（F=5.05, p=0.0330）。海马区仅CXCL2显示睡眠条件主效应（F=8.98, p=0.0058），而IL-33在海马区被SF降低（F=5.85, p=0.0226），男性效应更明显。
累积炎症z评分分析显示，新皮层存在显著的睡眠片段化（F=16.96, p=0.0003）和性别（F=9.28, p=0.0051）主效应，SF显著增加两性炎症指数（女性p=0.009；男性p=0.019）。海马区累积评分无显著效应。具体细胞因子变化显示：IL-1β在男性新皮层显著增加（49.4%，Cohen's d=1.21）；CCL2在两性新皮层均显著增加（女性30.0%，d=1.02；男性53.6%，d=1.58）；CXCL2在所有脑区和性别中一致升高，男性海马区效应最强（42.1%，d=1.63）。
GFAP免疫反应性分析显示显著的性别和睡眠条件主效应。新皮层发现性别（F=77.45, p<0.0001）和睡眠片段化（F=32.54, p<0.0001）主效应，以及显著的交互作用（F=4.87, p=0.0361）。海马区同样发现性别（F=54.77, p<0.0001）和睡眠片段化（F=29.68, p<0.0001）主效应，但无显著交互作用。事后分析显示，SF显著增加两性各脑区GFAP阳性面积：女性新皮层（52.2%，d=2.47）、男性新皮层（36.2%，d=1.97）、女性海马区（28.1%，d=2.13）、男性海马区（20.9%，d=1.44）。
IBA1阳性小胶质细胞在斑块周围显示反应性形态，但定量分析未发现SF显著效应。CD45免疫反应性显示新皮层性别主效应（F=7.37, p=0.0114, d=0.97），女性高于男性，但无SF显著效应。
MHCII免疫染色显示，在未受干扰睡眠的男性海马区存在强烈染色，表明小胶质细胞 priming 增强。SF显著降低男性海马区MHCII免疫反应性（p=0.015, d=0.74），平均值从0.84%降至0.25%（70.2%降低）。Dectin-1（Clec7A）作为损伤相关微胶质细胞（DAM）标记，显示类似模式：新皮层发现SF主效应（F=4.99, p=0.0339, d=0.51），海马区发现显著的性别与SF交互作用（F=6.60, p=0.0160, d=0.73）。SF显著降低男性海马区Dectin-1免疫反应性（p=0.018, d=0.67），从0.55%降至0.25%（54.5%降低）。
研究结果揭示了睡眠片段化通过性别特异性机制影响AD病理的复杂图景。女性对Aβ积累的易感性增加可能与基线小胶质细胞状态差异有关：男性在控制条件下显示更高的MHCII和Dectin-1表达，表明更活跃的免疫特征可能增强Aβ清除能力。星形胶质细胞反应性也可能贡献这些差异，女性显示更高的GFAP免疫反应性，SF进一步加剧此现象。反应性星形胶质细胞与aquaporin-4错位相关，可能损害睡眠期间的废物清除，进一步降低与睡眠片段化相关的glymphatic效率。
研究局限性包括横断面设计限制病理进展评估、缺乏glymphatic功能直接测量、未评估功能结局如行为或突触完整性。未来研究方向应包括纵向追踪睡眠架构与病理关系、glymphatic清除直接评估、小胶质细胞激活调节干预试验，以及测试改善睡眠质量或稳定昼夜节律的干预措施能否减轻Aβ病理。
这些发现强调了在评估环境睡眠干扰对神经退行性疾病影响时，考虑生物性别和昼夜节律完整性的重要性，为针对女性AD高发风险的预防策略提供了新的理论基础。
