中年大鼠VMNdm Ghrh神经元多模态神经递质信号传导的性别特异性衰老调控机制研究

本刊推荐：为揭示衰老相关血糖反调节功能障碍的神经机制，研究人员针对下丘脑腹内侧核背内侧区（VMNdm）生长激素释放激素（Ghrh）神经元开展单细胞多基因表达谱分析，发现中年大鼠Ghrh、GAD65/GAD67、GLS及nNOS等反调节神经递质标志基因的表达呈现性别特异性衰老适应模式，为理解年龄相关性低血糖风险提供了新的神经内分泌调控视角。

　　

随着全球糖尿病患病率的持续攀升，胰岛素治疗引发的医源性低血糖已成为老年糖尿病患者面临的重大临床挑战。尤其令人担忧的是，随着年龄增长，机体对低血糖的反调节功能逐渐衰退，但其中枢神经机制至今未明。大脑作为高能耗器官，极度依赖葡萄糖稳态维持，而下丘脑作为内脏运动中枢，通过整合外周能量状态信号调控反调节激素分泌。其中，下丘脑腹内侧核背内侧区（ventromedial hypothalamic nucleus/dorsomedial division, VMNdm）因其特异性表达核转录因子类固醇生成因子-1（steroidogenic factor-1, SF-1），成为葡萄糖稳态调控的关键节点。

近年研究发现，VMNdm内生长激素释放激素（growth hormone-releasing hormone, Ghrh）神经元不仅表达SF-1，还共表达多种反调节神经递质标志物，包括抑制性递质γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）和兴奋性递质谷氨酸（glutamate, Glu）、一氧化氮（nitric oxide, NO）等。更为重要的是，这些神经化学物质的表达受到Ghrh受体（Ghrh receptor, Ghrh-R）信号的调控，且呈现显著的性别二态性。然而，从青年期到中年期这一关键生命周期过渡阶段，VMNdm Ghrh神经元的多模态神经递质信号传导是否发生衰老相关改变，以及这种改变是否具有性别特异性，仍是未解之谜。

为回答这一科学问题，美国路易斯安那大学门罗分校药学院的研究团队在《IBRO Neuroscience Reports》发表了创新性研究成果。他们采用组合技术策略：通过立体定向注射Ghrh特异性小干扰RNA（siRNA）实现VMN区基因沉默；建立胰岛素诱导低血糖（insulin-induced hypoglycemia, IIH）动物模型；应用原位免疫细胞化学-激光捕获显微切割技术分离单个VMNdm Ghrh免疫阳性神经元；并建立单细胞多重定量PCR（multiplex qPCR）方法同步检测Ghrh、Ghrh-R、GAD₆₇（GAD1）、GAD₆₅（GAD2）、谷氨酰胺酶（glutaminase, GLS）、神经元型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase, nNOS）及SF-1等7种基因的表达谱。研究纳入青年（2-3月龄）和中年（11-12月龄）雌雄斯普拉格-达利大鼠，每组4只，最终每组获取12个神经元样本进行统计分析。

研究结果揭示以下重要发现：

Ghrh与Ghrh-R基因表达：中年雌性大鼠基线Ghrh mRNA表达显著降低，且低血糖可进一步抑制其表达，而雄性无此变化。Ghrh基因沉默降低两性Ghrh mRNA水平，但仅雄性显示Ghrh-R表达衰老性下降。Ghrh蛋白Western blot验证了基因沉默效果。

GABA能信号标志物：中年雄性大鼠低血糖时GAD₆₇和GAD₆₅转录反应消失（青年期表现为抑制），而雌性则转为GAD₆₅表达上调（青年期为抑制）。Ghrh信号在中年大鼠中维持对GAD基因的抑制性调控。

谷氨酸与NO信号标志物：中年雄性GLS基因对低血糖无反应（青年期抑制），雌性则转为显著上调（青年期抑制）。nNOS基因在低血糖时被激活且不受Ghrh调控，丧失青年期的抑制性调节。

SF-1转录因子：中年雄性出现Ghrh对SF-1的抑制调控（青年期无调控），雌性则保留Ghrh的兴奋性调控但低血糖时消失。

外周生理指标：中年大鼠显示基线生长激素（growth hormone, GH）水平下降，低血糖时皮质酮和GH分泌反应减弱，但胰高血糖素反应保留。Ghrh基因沉默减轻低血糖程度。

通过计算多基因表达比率，研究发现中年大鼠VMNdm Ghrh神经元内神经递质标志物的相对表达比例发生性别特异性重组，提示衰老可能改变突触神经递质释放的化学组成模式。

结论与讨论：

本研究首次揭示中年期VMNdm Ghrh神经元反调节神经递质信号传导存在显著性别二态性衰老适应。主要表现在：① Ghrh自主分泌调控模式发生性别特异性改变；② GABA能信号对低血糖的反应性在雄性消失，在雌性反转；③ 谷氨酸信号调控丧失Ghrh抑制性张力；④ NO信号脱离Ghrh调控并持续激活；⑤ SF-1转录调控出现性别特异性增益/损失。这些改变可能导致突触前神经递质释放比例重组，进而影响下游神经网络整合效能。

该研究的重大意义在于：从多模态神经递质信号整合视角，揭示了衰老过程中血糖反调节功能衰退的潜在细胞分子机制，为开发性别特异性干预策略提供了理论依据。未来研究需进一步阐明：① 共表达神经递质的囊泡储存与释放机制；② 衰老相关的神经元能量感应改变；③ 神经递质信号组合对特定反调节激素分泌的选择性调控作用。最终为老年糖尿病患者的低血糖预防提供精准靶点。

（注：本研究受美国国立卫生研究院NIH DK-109382项目资助，实验方案经ULM机构动物护理与使用委员会批准）