高龄小鼠信号内体轴突运输的持续性及BDNF依赖性调控受损机制研究

本研究针对衰老过程中神经元轴突运输功能衰退的机制，通过活体成像技术系统评估了3-22月龄小鼠坐骨神经运动轴突中信号内体（signalling endosomes）的运输动力学。研究发现高龄（22个月）小鼠虽未出现运输速度改变，但信号内体停顿频率显著增加，且脑源性神经营养因子（BDNF）治疗无法逆转该表型，提示衰老通过削弱神经肌肉接头处TrkB受体功能损害BDNF依赖性运输调控。该成果为理解衰老相关神经退行病变提供了新视角。

　　

神经元作为人体最特化的细胞之一，其功能高度依赖高效的轴突运输系统。轴突可延伸超过一米，需要复杂的运输网络将线粒体、信号内体等关键物质在胞体与末梢间精准输送。然而，这一精密系统会随衰老逐渐衰退，成为多种神经退行性疾病的共同特征。尽管既往研究揭示了线粒体等细胞器运输的年龄相关性变化，但关于信号内体——这种负责逆向运输神经营养因子受体复合物的特殊细胞器——在衰老过程中的表现仍存在知识空白。更关键的是，脑源性神经营养因子（BDNF）及其受体TrkB构成的信号通路已知调控轴突运输，但其在衰老相关运输障碍中的作用机制尚未阐明。

针对这些问题，来自英国伦敦大学学院等机构的研究团队在《Neurobiology of Aging》发表了重要成果。研究人员采用活体成像技术，通过荧光标记的破伤风毒素片段H_C
T追踪3-22月龄小鼠运动轴突内信号内体的动态运输，并结合肌肉局部BDNF干预实验，首次揭示了衰老特异性影响信号内体运输持续性的分子机制。

关键技术包括：1）活体时间分辨共聚焦显微镜监测坐骨神经内H_C
T标记信号内体运输；2）胫骨前肌与腓肠肌双侧对照注射策略；3）TrackMate软件定量分析运输动力学参数；4）肌肉局部BDNF给药干预。研究队列包含C57BL/6J品系小鼠，按3、9、18和22月龄分组。

3.1 活体信号内体运输评估体系
团队建立了一套创新性的活体评估方案：将荧光标记的H_C
T注射至小鼠后肢肌肉，使其在神经肌肉接头被摄取并形成可示踪的信号内体，4-8小时后通过暴露坐骨神经进行时间序列成像。该方法可特异性监测运动神经元中BDNF/TrkB阳性信号内体的逆向运输过程。

3.2 高龄小鼠信号内体停顿频率倍增
对比3-18月龄组，22月龄小鼠表现出显著变化：

• 运输速度（均值0.72±0.03 μm/s vs 0.68±0.02 μm/s）与最大速度无统计学差异
• 停顿频率（停留>3秒）在胫骨前肌与腓肠肌支配神经中分别增加1.97倍和2.11倍
• 组合数据分析显示22月龄停顿时间占比较年轻组增加2.01倍

3.3 BDNF干预失效揭示TrkB功能衰退
肌肉补充BDNF在3、9月龄可显著减少停顿（P=0.033和0.005），18月龄呈改善趋势（P=0.073），但对22月龄完全无效。这与既往发现的24月龄小鼠神经肌肉接头TrkB下调现象吻合，提示高龄期BDNF信号通路功能丧失是运输障碍的关键机制。

4.1 轴突运输的年龄依赖性特征
该研究为"衰老主要影响运输启动而非马达蛋白功能"的理论提供了新证据：虽然信号内体运输速度保持稳定，但过程性（processivity）下降表现为停顿增加。这种表型与团队早前发现的19-22月龄小鼠线粒体运输速度反常加快形成鲜明对比，说明不同细胞器存在差异化的衰老响应机制。

4.2 BDNF-TrkB信号的关键作用
讨论部分深入阐释了潜在机制：1）神经肌肉接头TrkB受体下调可能减少信号内体形成效率；2）轴浆粘度微增（Sleigh等2024年数据）可能产生空间阻碍；3）BDNF促进动力蛋白（dynein）招募的功能受损直接影响运输持续性。特别值得注意的是，该研究首次证实BDNF的治疗窗口期可能终止于22月龄前，这对开发抗衰老干预策略具有重要指导价值。

这项研究通过高时空分辨的活体成像技术，揭示了衰老进程中信号内体运输障碍的精确时间节点（18-22月龄）和特异性分子特征（BDNF非依赖性），为理解神经退行性疾病的早期事件提供了新范式。未来研究可进一步探索：1）TrkB表达动态与运输障碍的因果关系；2）其他神经营养因子系统的代偿潜力；3）微环境障碍（如髓鞘退化）与细胞自主机制的交互作用。这些发现不仅深化了对神经元衰老机制的认识，也为开发针对特定运输缺陷的时序性治疗策略奠定了理论基础。