下丘脑星形胶质细胞应激响应的性别二歧性通过差异机制调控行为活动模式

早期生活压力（ELS）如何导致行为异常的细胞机制尚不明确。本研究聚焦外侧下丘脑（LH）星形胶质细胞，发现其通过性别特异性机制调控食欲素神经元活性：雄性通过嘌呤能信号（P2X受体）过度激活诱导活动亢进，雌性因细胞外L-乳酸供给不足导致活动抑制。关键突破在于，特异性敲除星形胶质细胞糖皮质激素受体（GR）可逆转压力诱导的神经元放电异常和行为表型，为应激相关精神障碍的性别差异化治疗提供了新靶点。

　　

论文解读

研究背景与科学问题

在现代社会，压力已成为诱发神经精神疾病的核心风险因素，尤其早年压力（Early-Life Stress, ELS）可导致长期行为异常。有趣的是，相同压力在不同性别中常引发相反行为表型：雄性多表现活动亢进，而雌性多出现活动抑制。这种性别二歧性（divergent）现象背后的神经机制长期未明。外侧下丘脑（Lateral Hypothalamus, LH）作为整合昼夜节律、代谢与动机行为的核心脑区，其食欲素（orexin）神经元对维持觉醒和活动至关重要。近年研究发现星形胶质细胞通过代谢支持（如乳酸穿梭）和递质调控（如ATP释放）精细调节神经元活动，但压力是否通过改变星形胶质细胞功能引发性别特异性行为异常，仍是未解之谜。

研究设计与方法

加拿大蒙特利尔大学研究中心（University of Montreal）团队通过建立ELS小鼠模型（出生后10-17天母体分离联合巢材剥夺），结合在体行为学（跑轮活动监测）、电生理（全细胞膜片钳）、化学遗传学（AAV-GfaABC1D-hM3Dq病毒靶向星形胶质细胞）及双光子成像（iLACCO2.0乳酸传感器）技术，系统解析LH区星形胶质细胞-食欲素神经元的交互机制。关键实验包括：

1. 细胞特异性操控：采用AAV2/5-GfaABC1D-Cre-eGFP病毒在Nr3c1^f/f转基因小鼠LH区敲除星形胶质细胞GR
2. 形态与功能分析：稀疏标记星形胶质细胞三维重构、Cx43蛋白定量及突触电流（sEPSC/sIPSC）检测
3. 机制解析：嘌呤能受体拮抗剂（PPADS/iso-PPADS）和乳酸灌注干预实验

核心发现

1. ELS诱导性别特异性行为与神经元活动异常

通过两周跑轮监测发现，ELS雄性小鼠在光周期活动显著增加（p<0.01），而雌性在暗周期活动降低（p<0.01）（图1L-S）。膜片钳记录显示，雄性ELS小鼠食欲素神经元自发放电频率升高（6.79 vs 3.85 Hz, p<0.05），雌性则降低（3.65 vs 6.91 Hz, p<0.01），且静息膜电位均去极化（图2T-X）。这种电活动变化与突触输入无关（sEPSC/sIPSC无改变），提示内在兴奋性调控异常。

2. 星形胶质细胞形态与功能重塑

免疫荧光显示ELS降低LH区星形胶质细胞标志物GFAP（胶质纤维酸性蛋白）和Cx43（连接蛋白43）表达（图3A-E）。三维重建进一步揭示：雌性ELS小鼠星形胶质细胞分支长度减少43%（p<0.01），分支点/体积比下降；雄性仅见体积减小（图3K-R）。化学遗传学激活星形胶质细胞Gq信号（hM3Dq）可模拟ELS表型，增加食欲素神经元放电并诱发光周期活动亢进（图4D-G）。

3. 性别差异化机制解析

雄性机制：ELS通过升高星形胶质细胞ATP释放，激活食欲素神经元P2X₂嘌呤能受体。P2X拮抗剂PPADS选择性抑制ELS雄性神经元放电（p<0.05），对对照组无效（图5L-R）。
雌性机制：Cx43下调导致细胞外L-乳酸不足，削弱星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭（ANLS）。补充5mM L-乳酸可恢复雌性ELS神经元放电（p<0.01），而iLACCO2.0传感器证实其神经元乳酸摄取能力受损（图6F-M）。

4. GR信号的核心枢纽作用

ELS增加星形胶质细胞GR核转位（补充图14）。特异性敲除LH区星形胶质细胞GR后：

• 逆转形态异常（Cx43表达恢复，分支复杂度增加）（图7H,L）
• 校正电活动：雄性放电频率降低至基线（p<0.01），雌性升高（p<0.001）（图7O,S）
• 消除行为表型：雄性光周期活动亢进消失，雌性暗周期活动抑制恢复（图7V,X）

结论与意义

本研究首次阐明：

1. 星形胶质细胞是压力诱导行为性别差异的核心执行者：ELS通过激活其GR信号，引发雄性嘌呤能信号亢进与雌性乳酸代谢缺陷，进而差异化调控食欲素神经元活动。
2. GR是干预关键靶点：靶向星形胶质细胞GR可同时逆转两性压力表型，为开发广谱抗应激药物提供新方向。
3. 转化价值：破解了临床上应激障碍（如抑郁症）性别差异的细胞机制，为发展性别定制化神经精神疾病疗法奠定理论基础。

该成果发表于《Nature Communications》，不仅深化了对胶质细胞-神经元互作的理解，更揭示了压力应答中此前未被重视的"胶质性别二歧性"（glial sexual divergence）现象，推动神经科学领域向多细胞调控范式转变。