衰老相关神经炎症与神经元周围网络动态变化：海马与纹状体区域特异性差异研究

《Journal of Neuroinflammation》：Age-related inflammatory changes and perineuronal net dynamics: implications for aging

本研究针对衰老过程中神经炎症(inflammaging)如何影响神经元周围网络(PNNs)稳态这一关键问题，通过对年轻(4月龄)与老年(22月龄)C57BL/6J雄性小鼠进行多维度分析，发现海马区PNNs积累伴随神经炎症加剧和空间记忆缺损，而纹状体维持PNNs稳态同时出现小胶质细胞激活，揭示了脑区特异性衰老模式，为靶向PNNs调控的衰老干预策略提供了重要依据。

　　

随着全球人口老龄化进程加速，年龄相关认知功能衰退已成为严峻的健康挑战。衰老作为阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的主要风险因素，其背后隐藏着复杂的生物学机制。其中，"炎症衰老"(inflammaging)概念逐渐引起学界关注——这种伴随衰老出现的慢性低度炎症状态，被认为可能通过影响大脑可塑性，进而导致认知功能下降。然而，不同脑区对衰老的响应是否存在差异？这种差异又如何影响大脑功能？这些关键问题仍有待深入探索。

在大脑复杂网络中，神经元周围网络(PNNs)作为一类特殊的细胞外基质结构，扮演着至关重要的角色。这些网状结构主要包裹快速放电的parvalbumin(PV)阳性中间神经元，不仅为神经元提供物理支持，还参与调节突触可塑性，保护神经元免受氧化应激损伤。有趣的是，PNNs的完整性受到基质金属蛋白酶(MMPs)等降解酶的精密调控，而这些酶的表达又与小胶质细胞的激活状态密切相关。这种微妙的平衡关系在衰老过程中如何变化，以及如何影响不同脑区的功能，成为本研究关注的核心科学问题。

为系统探究这些问题，Colon等研究人员在《Journal of Neuroinflammation》上发表了最新研究成果。研究团队选取了与年龄相关神经退行性疾病密切相关的两个脑区——海马和背侧纹状体，通过综合运用行为学测试、免疫组织化学、基因表达分析和形态学定量等方法，揭示了衰老过程中神经炎症、PNN动态变化和胶质细胞激活的复杂相互作用。

研究采用的关键技术方法包括：通过巴恩斯迷宫(Barnes maze)、旷场实验(Open field)和T迷宫(T-maze)评估小鼠行为表型；利用免疫荧光染色定量分析PNNs(WFA和aggrecan标记)、PV中间神经元和小胶质细胞激活标志物(Iba1)；采用实时定量PCR检测炎症和细胞外基质相关基因表达；通过单细胞形态分析结合Sholl分析等方法精细刻画小胶质细胞形态特征。实验使用4月龄(年轻)和22月龄(老年)C57BL/6J雄性小鼠各5只，所有 procedures均符合乔治城大学动物护理和使用委员会指南。

年龄相关海马依赖性学习记忆缺陷

行为学测试结果显示，老年小鼠在巴恩斯迷宫探测试验中表现出明显的空间记忆缺损，表现为定位目标孔的潜伏期延长和目标孔进入次数减少。老年小鼠多采用效率低下的随机搜索策略，而年轻小鼠则倾向于使用系统性的序列搜索策略。值得注意的是，旷场实验和T迷宫测试未发现老年小鼠存在运动功能、焦虑样行为或工作记忆缺陷，表明观察到的行为改变具有海马特异性。

海马区PNNs积累与组成改变

免疫染色分析揭示了显著的脑区特异性衰老模式。在海马区，老年小鼠表现出PNNs数量显著增加，尤其是CA2亚区，同时WFA阳性和aggrecan阳性PNNs比例升高。老年海马中PV阳性神经元与WFA阳性PNNs共定位的细胞数量以及三重标记(PV+WFA+ACAN+)细胞数量均显著增加。回归分析进一步显示，老年海马区WFA强度与aggrecan强度呈现显著正相关，表明PNNs组成发生了年龄依赖性重塑。

纹状体PNNs稳态维持

与海马区形成鲜明对比的是，背侧纹状体在衰老过程中保持了PNNs稳态，总体PNNs数量、PV阳性细胞数量以及它们之间的共定位关系均无显著变化。然而，亚区分析发现年轻小鼠背外侧纹状体(DLS)的PV+WFA+共标记细胞数量高于背内侧纹状体(DMS)，提示不同纹状体功能区存在基础差异。

神经炎症标志物的脑区特异性表达

基因表达分析显示，老年小鼠两个脑区均出现胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、Toll样受体2(TLR2)、白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和补体成分(C3、C1qa)等炎症标志物的上调。然而，纹状体特异性上调了小胶质细胞标志物(Iba1、TREM2、CD68)以及MMP-9和ADAM-17等细胞外基质重塑相关基因，而海马区则特异性上调了TLR4、IL-1β、MMP-3和组织金属蛋白酶抑制剂1(TIMP1)。

小胶质细胞激活的形态学证据

形态学分析发现，老年纹状体小胶质细胞表现出典型的激活特征：Iba1免疫荧光强度增加、胞体面积和周长增大、末端点数量减少以及分支复杂性降低。Sholl分析显示，年轻纹状体小胶质细胞在距离胞体5-10μm范围内的分支交点数量显著多于老年组。值得注意的是，老年纹状体小胶质细胞相比海马区同类细胞表现出更复杂的分支模式，提示可能处于一种超分支化(hyper-ramified)的激活状态。

本研究通过多维度分析揭示了衰老过程中脑区特异性的神经炎症和PNN动态变化模式。海马区表现为PNNs积累、神经炎症加剧和认知功能下降，而纹状体则维持PNNs稳态的同时出现小胶质细胞激活。这种差异可能反映了不同脑区对衰老应激的独特响应策略：海马区PNNs积累可能限制了突触可塑性，导致空间记忆缺陷；而纹状体小胶质细胞的超分支化激活状态可能通过持续的低水平基质重塑维持了PNNs稳态。

研究结果强调了神经炎症在年龄相关PNN变化和行为表型中的重要作用，为理解正常脑老化提供了新的视角。发现的不同脑区特异性衰老模式提示，针对年龄相关认知衰退的治疗策略需要考虑脑区特异性，特别是针对PNN调控的干预措施可能为维持老年认知健康提供新途径。这些发现不仅深化了对炎症衰老机制的理解，也为开发靶向细胞外基质重塑的神经保护策略奠定了理论基础。