青春期高脂饮食对雄性和雌性小鼠行为、海马结构及小胶质细胞雄激素反应的性别分层特征研究

《Nutrients》：Sex-Stratified Characterization of Behavioral, Hippocampal, and Microglial Androgen Responses to Adolescent High-Fat Diet Consumption in Mice

　　

背景：青春期是一个易受环境影响的发育阶段，膳食暴露和心理社会压力可能对高级脑功能产生持久影响。抑郁症常在青春期显现，此时女性患病率优势变得明显。青春期摄入高脂饮食（HFD）较为普遍，并与不良情绪和神经生物学结局相关；然而，其后果尚未在两性中得到系统表征。方法：研究人员给雄性及雌性小鼠从出生后第28天至第56天（覆盖大部分青春期）喂食HFD，并使用慢性不可预测轻度应激（CUMS）作为挑战来评估应激反应性。结果：性别分层分析显示，HFD摄入在两性中均诱导了快感缺失样行为，而雌性中还检测到其他行为损伤。此外，HFD摄入放大了雌性对CUMS的行为反应。HFD喂养改变了两性的腹侧海马神经结构和状态；然而，在雌性更多腹侧海马亚区中检测到树突和棘突缺陷以及小胶质细胞激活样变化，同时伴有腹侧齿状回（vDG）突触吞噬增加。HFD摄入升高了两性循环瘦素和雌二醇水平，并且在两性非应激HFD喂养小鼠中检测到更高的游离脂肪酸水平。在雌性中，HFD摄入增加了循环睾酮水平，伴随海马小胶质细胞中雄激素受体（AR）核定位和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）表达的增加。来自HFD喂养雌性的血清显著增加了原代雌性小胶质细胞中的AR核定位（p = 0.0008）和吞噬活性（p = 0.0038）。恩杂鲁胺消除了血清诱导的AR核定位增加（p < 0.0001），减少了相应的吞噬活性增加（p = 0.0335），并在蛋白质（p = 0.0057）和mRNA（p = 0.0003）水平上减弱了相关的TNF-α诱导。结论：这些发现刻画了青春期HFD摄入的性别分层行为和腹侧海马神经生物学后果，并提示了在雌性中观察到的雄激素响应性小胶质细胞信号与更广泛海马改变之间存在先前未被充分认识的关联。尽管该信号通路对体内表型的因果贡献仍有待确定，但这项工作为进一步研究青春期HFD摄入神经生物学后果中的性别相关差异以及内分泌-小胶质细胞信号的潜在贡献提供了框架。

论文解读：青春期高脂饮食对雄性和雌性小鼠行为、海马结构及小胶质细胞雄激素反应的性别分层特征研究

研究背景与科学问题

抑郁症是一种受环境、代谢、内分泌和神经免疫因素复杂相互作用影响的多因素疾病。其显著特征之一是明显的性别偏差，即在青春期后女性发病率不成比例地增高。青春期本身是一个敏感的发育期，伴随着广泛的脑成熟、内分泌转变以及对环境影响的增强反应性。在此时期，饮食习惯也发生重大变化，包括能量密集、高脂食物摄入增加。已有证据表明，青春期过量摄入高脂饮食（HFD）可对情绪行为和脑可塑性产生不利影响。然而，这些效应在雄性与雌性之间的差异程度尚不完全清楚。此外，慢性应激是另一个与抑郁相关的主要环境因素，而代谢紊乱可能与应激暴露相互作用，共同塑造行为和神经免疫结局。因此，研究人员提出假设：青春期HFD摄入可能以性别依赖的方式改变后续应激相关反应的程度或模式。海马体尤其容易受到青春期代谢和环境扰动的影响，在情绪调节中发挥关键作用，但其背侧和腹侧分区功能分化，腹侧海马（vHP）与情感加工关系更为密切。小胶质细胞作为突触重塑、神经免疫信号和应激适应的关键调控者，其本身受到性别、发育阶段、脑区和生理背景的影响，并且对外周代谢和内分泌环境的变化高度敏感，因此被定位为连接青春期HFD摄入引起的性别依赖性全身反应与海马可塑性的潜在细胞界面。

研究方法与技术路线

为系统解答上述问题，研究人员采用了以下关键技术方法：首先，使用C57BL/6小鼠（购自常州卡文斯实验动物有限公司），将雄性和雌性小鼠分别随机分配至标准饮食（SD）组或HFD组，从出生后第28天至第56天（P28-P56）进行为期四周的饮食干预，并于P42起在每个饮食组内进一步随机分为对照（Ctrl）和慢性不可预测轻度应激（CUMS）亚组。随后，通过一系列行为学测试（蔗糖偏好实验SPT、旷场实验OFT、零迷宫实验EZM、强迫游泳实验FST）评估情绪行为和应激反应性。采用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测血清生化参数（游离脂肪酸FFAs、瘦素、雌二醇、睾酮）。运用高尔基染色及形态计量分析评估背侧海马（dHP）和腹侧海马（vHP）各亚区的树突复杂性和棘突密度。通过免疫荧光染色结合共聚焦显微镜成像及三维重建技术，分析小胶质细胞状态指标（密度、领地面积、胞体面积、形态指数、CD68表达）、突触吞噬（PSD95⁺内含物）、雄激素受体（AR）核定位及肿瘤坏死因子-α（TNF-α）表达。此外，分离原代海马小胶质细胞（纯度约97.93%，活力约97.37%），进行血清转移实验和体外药理学干预（使用AR拮抗剂恩杂鲁胺），并结合定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）检测基因表达。

主要研究结果

3.1 青春期HFD摄入对小鼠行为和循环体液反应的性别分层特征

通过行为学测试发现，HFD摄入在两性中均诱导了快感缺失样行为（蔗糖偏好降低）。然而，雌性小鼠还表现出更广泛的行为损伤，包括旷场实验中中央区域停留时间减少、零迷宫中开放臂时间缩短以及强迫游泳实验中不动潜伏期下降，而这些指标在雄性中未显著改变。值得注意的是，在雌性中观察到显著的饮食×应激交互作用，HFD-CUMS雌性的不动潜伏期较SD-CUMS雌性进一步缩短，表明青春期HFD摄入放大了雌性对CUMS的行为反应。在循环因子方面，HFD摄入提高了两性的血清瘦素和雌二醇水平，而非应激HFD喂养小鼠的两性中均检测到更高水平的游离脂肪酸。尤为重要的是，HFD摄入仅在雌性中增加了循环睾酮水平，而在雄性中未见此效应。

3.2 青春期HFD摄入对小鼠海马神经结构反应的性别分层特征

通过高尔基染色分析发现，在背侧海马中，HFD摄入仅降低了雌性背侧齿状回（dDG）的树突复杂性和棘突密度，雄性未见显著变化。在腹侧海马中，变化更为广泛：雌性HFD小鼠在腹侧齿状回（vDG）、腹侧CA3（vCA3）和腹侧CA1（vCA1）均出现树突复杂性降低，且在vDG和vCA1中棘突密度下降；而雄性HFD小鼠仅在vCA1区域出现树突复杂性降低。此外，在雌性vDG中检测到饮食×应激的显著交互作用，HFD-CUMS雌性较SD-CUMS雌性表现出更大的分支数量减少，表明HFD放大了雌性中应激相关的神经结构损伤。

3.3 青春期HFD摄入对小鼠海马小胶质细胞反应的性别分层特征

通过免疫荧光染色分析小胶质细胞状态发现，在背侧海马中，HFD仅在雌性dDG中与胞体增大和CD68表达升高相关。在腹侧海马中，变化更为显著：雌性HFD小鼠在多个亚区表现出广泛的小胶质细胞激活样变化，包括领地面积缩小（vCA1）、胞体增大（vDG和vCA3）、形态指数升高（vDG、vCA3、vCA1）以及CD68表达升高；而雄性HFD小鼠仅在vCA1出现CD68表达升高。在雌性vDG中检测到显著的饮食×应激交互作用，HFD-CUMS雌性较SD-CUMS雌性表现出更低比例的CD68低表达小胶质细胞。通过检测微胶质细胞突触吞噬，发现HFD仅在雌性中增加了vDG区域微胶质细胞内PSD95⁺内含物体积，且CUMS进一步放大了这一效应。

3.4 青春期HFD摄入对小鼠海马小胶质细胞AR核定位和TNF-α表达反应的性别分层特征

鉴于仅在雌性中观察到循环睾酮升高，研究人员重点分析了非应激对照组中vDG区域小胶质细胞的雄激素信号。结果显示，HFD摄入显著增加了雌性（而非雄性）小胶质细胞中AR核定位（p = 0.0009）和TNF-α表达（p = 0.0014）。相关性分析揭示，雌性小胶质细胞中AR核定位与TNF-α表达呈强正相关（p < 0.0001，r = 0.9365），而雄性中无显著关系。

3.5 青春期HFD喂养小鼠的循环因子对体外小胶质细胞AR和吞噬反应的影响

通过血清转移实验，用来自HFD喂养雌性的血清处理雌性原代海马小胶质细胞，显著增加了AR核定位（p = 0.0198）和吞噬活性（p = 0.0462），而雄性来源的细胞经相应处理后无显著变化。相关性分析显示，雌性小胶质细胞中AR核定位与吞噬活性呈正相关（p < 0.0001，r = 0.3482）。

3.6 AR阻断对雌性原代海马小胶质细胞中血清诱导激活的减弱作用

使用AR拮抗剂恩杂鲁胺进行药理学抑制实验，发现恩杂鲁胺有效消除了HFD血清诱导的AR核定位增加（p < 0.0001），显著减少了吞噬活性升高（p = 0.0335），并在蛋白（p = 0.0057）和mRNA（p = 0.0003）水平上减弱了TNF-α的诱导表达。

讨论与结论

讨论部分指出，青春期HFD摄入在两性中均诱导快感缺失样行为，但雌性表现出更广泛的行为损伤和对CUMS更强的行为反应，这与青春期后女性抑郁患病率升高的临床现象一致。行为表型伴随区域特异性海马重塑，腹侧海马改变最为突出且雌性受累更广，支持青春期代谢紊乱优先影响参与情绪加工的神经环路。小胶质细胞被识别为连接循环因子变化与海马重塑的潜在细胞界面，HFD诱导的小胶质细胞激活样变化和突触吞噬增加与树突棘密度降低相平行，提示过度的小胶质细胞吞噬活性可能与结构缺陷有关。机制层面，雌性特异性循环睾酮升高与海马小胶质细胞中AR核定位和TNF-α表达增加相关联，且体外实验证实循环因子足以驱动这些反应，而AR阻断可削弱之，提示雄激素响应性小胶质细胞信号可能是连接青春期代谢紊乱与雌性更广泛海马改变的候选机制。然而，该信号通路对体内表型的因果贡献仍有待通过小胶质细胞特异性AR操控或在体药理干预来验证。

研究结论：本研究揭示了青春期HFD摄入的性别分层行为和腹侧海马神经生物学后果，其中雌性表现出更广泛的改变和更强的应激行为反应。HFD摄入增加了两性的热量摄入和体重，而性别分层分析显示仅在雌性中检测到循环睾酮水平升高和增强的雄激素响应性小胶质细胞信号。这些发现提示，雄激素响应性小胶质细胞信号可能代表了HFD相关代谢紊乱与雌性中观察到的更广泛海马改变之间一个此前未被充分认识的候选联系。然而，其对体内表型的因果贡献仍有待确定。总体而言，本研究为进一步探究青春期HFD摄入神经生物学后果中的性别相关差异以及内分泌-小胶质细胞信号对这些效应的潜在贡献提供了框架。