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阿尔茨海默病（AD）中自噬和线粒体自噬与行为结果的关系，尤其是性别差异尚不明确。研究人员以 3xTg-AD 小鼠为对象，探究相关蛋白标记物。结果发现存在性别特异性差异，这为 AD 个性化治疗提供方向，助力开发新疗法。
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种令人谈之色变的神经退行性疾病，主要盯上了老年人。一旦患病，患者的认知能力就像决堤的大坝，严重衰退，记忆力也大打折扣，行为举止也变得异常古怪。在患者的大脑中，淀粉样 β（Aβ）斑块、过度磷酸化（p）的微管相关蛋白 tau（MAPT/tau）缠结以及功能失调或受损的线粒体不断堆积，肆意破坏着神经元和突触的正常功能，尤其是对认知和记忆至关重要的大脑皮层和海马体区域，更是深受其害。
更让人困惑的是，AD 在男女之间的表现差异很大。女性不仅患病几率更高，病情往往也更严重，在工作记忆和空间导航等任务上的表现远不如男性。可到底为什么会这样呢？目前还没有一个明确的答案。这就好比在黑暗中摸索，找不到前进的方向。为了揭开这些谜团，来自美国南伊利诺伊大学医学院、加拿大曼尼托巴大学等多个机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Cell Death Discovery》上。
研究人员选用了广泛用于模拟 AD 病理的 3xTg-AD 小鼠模型，通过多种先进技术，全面深入地探究了自噬（涉及关键蛋白 LC3B-II、SQSTM1）和线粒体自噬（涉及关键蛋白 BNIP3L、BNIP3、BCL2L13）在 AD 中的作用，以及这些作用在雌雄小鼠之间的差异。
在实验过程中，研究人员用到了多种关键技术方法。他们先对 11 月龄的雄性和雌性 3xTg-AD 小鼠及 C57BL/6 小鼠进行行为测试，包括新颖物体识别（NOR）和新颖物体放置（NOP）测试，以此评估小鼠的认知能力。接着，提取小鼠的海马体和大脑皮层组织，利用蛋白质免疫印迹（Western blot）技术检测相关蛋白的表达水平，还借助透射电子显微镜（TEM）对线粒体和自噬溶酶体的数量进行了精准量化。此外，研究人员运用机器学习技术，根据行为数据预测线粒体和自噬溶酶体的数量。
下面来看看具体的研究结果：
- 性别特异性自噬体积累和降解差异：在雌性 3xTg-AD 小鼠的大脑皮层中，LC3B-II 水平显著升高，SQSTM1 水平也有所上升，这表明自噬体因降解受损而大量堆积。而雄性 3xTg-AD 小鼠的大脑皮层和海马体中，LC3B-II 水平明显降低，不过 SQSTM1 水平与对照组相比没有显著差异，意味着雄性小鼠的自噬体数量减少，但降解过程没有受到严重影响。这说明在 AD 中，自噬的调节存在明显的性别差异。
- 线粒体自噬相关 BCL2 蛋白表达的性别差异：雌性 3xTg-AD 小鼠大脑皮层和海马体中的 BNIP3L 单体水平显著升高，BNIP3L 二聚体在皮层中增多、在海马体中减少，BCL2L13 表达也更高，这些都显示雌性小鼠的线粒体自噬活性增强。而雄性 3xTg-AD 小鼠的 BNIP3 二聚体水平在大脑皮层和海马体中都有所上升。这表明性别对 AD 中线粒体的维持和降解途径有着不同的影响。
- 线粒体和自噬溶酶体动力学的性别差异：透射电镜观察发现，雄性 3xTg-AD 小鼠大脑皮层中的线粒体数量明显少于对照组，而雌性 3xTg-AD 小鼠大脑皮层和海马体中的线粒体数量比对照组少很多。同时，雄性和雌性 3xTg-AD 小鼠大脑皮层和海马体中的自噬溶酶体数量都显著增加。不过，雌雄小鼠之间也存在差异，比如雄性小鼠海马体中的线粒体数量变化不大，而雌性小鼠在两个脑区的线粒体数量差异都很明显；雄性小鼠海马体中的自噬溶酶体数量大幅增加，雌性小鼠则没有明显变化。这进一步证明了 AD 中，线粒体自噬在雄性和雌性小鼠之间的调节方式不同。
- 性别特异性认知缺陷与自噬、线粒体自噬蛋白的相关性：通过行为测试发现，雌性 3xTg-AD 小鼠在 NOR 测试中对新颖物体的偏好明显降低，存在非空间记忆缺陷，而雄性小鼠没有这种情况。相关性分析表明，在雄性小鼠中，大脑皮层中 LC3B-II 水平与 NOP 测试呈负相关，与 NOR 测试中对新颖物体的偏好指数呈正相关；在雌性小鼠中，海马体中 BCL2L13 水平与 NOR 测试表现呈正相关，BNIP3L 二聚体水平与 NOP 测试表现呈正相关。此外，雌性小鼠 NOR 测试行为与大脑皮层中的线粒体数量呈负相关，与自噬溶酶体数量呈正相关。这说明线粒体自噬与雌性 3xTg-AD 小鼠的认知能力下降可能存在关联。
- 大脑皮层和海马体区域线粒体和自噬溶酶体数量的预测：利用机器学习对线粒体和自噬溶酶体数量进行预测，结果显示，预测自噬溶酶体数量时，在海马体中的准确性较高（R2=0.57，平均绝对误差 MAE =8.9），在大脑皮层中的可靠性适中（R2=0.27，MAE =8.5）；预测线粒体数量时，在大脑皮层中的准确性较高（R2=0.47，MAE =1.7），在海马体中的可靠性较低（R2=0.001，MAE = 2.56）。
综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。它揭示了 AD 中自噬和线粒体自噬存在显著的性别特异性差异，这些差异可能是导致 AD 进展不同的重要原因。比如，雌性小鼠中自噬体的积累和线粒体自噬的增强，以及雄性小鼠中自噬体数量的减少和 BNIP3 介导的线粒体自噬变化，都为理解 AD 的发病机制提供了新的视角。同时，研究还表明，线粒体健康对认知功能至关重要，维持线粒体的正常功能或许是预防或延缓神经退行性疾病进展的关键。此外，机器学习在预测疾病进展方面展现出了巨大潜力，有望为 AD 的个性化治疗开辟新的道路，帮助医生更精准地制定治疗方案，提高治疗效果。未来，研究人员可以进一步扩大样本量，纳入更多的行为数据，深入探究自噬和线粒体自噬在 AD 中的复杂机制，为攻克这一难题提供更多有力的支持。
