SAMP8加速衰老小鼠模型中性别特异性神经发生与认知反应及ER272治疗效应

《Aging Cell》：Sex-Specific Neurogenic and Cognitive Responses in a Murine Model of Accelerated Aging

　　

衰老与认知功能恶化以及海马神经发生（hippocampal neurogenesis）减少相关。小鼠模型被广泛用于研究衰老和年龄相关性认知衰退，因为它们能够重现退行性过程的许多关键特征。其中，SAMP8品系是一种公认的加速衰老模型，其特征为早发性进行性认知损害、阿尔茨海默病样神经病理学，以及海马神经发生早期增加但最终耗竭神经干细胞（neural stem cell，NSC）池。值得注意的是，大多数利用衰老或神经退行性小鼠模型的研究聚焦于雄性或将雄雌混合队列分析，导致神经发生和认知衰退中的性别特异性差异在很大程度上未得到探索。近期证据表明，二萜类化合物（diterpenoid）治疗与6月龄雄性SAMP8小鼠的认知性能改善和神经发生增强相关。然而，雌性是否表现出类似反应仍属未知。在本研究中，研究人员表征了6月龄SAMP8小鼠海马神经发生的性别差异，并检测了二萜类治疗潜在的性别依赖性效应。研究结果揭示了生理性和病理性海马神经发生以及对ER272治疗反应性中的性别特异性差异。雄性SAMR1小鼠表现出较雌性更高的基线神经发生，而雄性和雌性SAMP8小鼠则遵循不同的神经发生衰老轨迹。ER272与雄性认知性能改善及多种神经发生参数的保留相关，但在雌性中仅观察到有限效应。这些结果表明脑衰老存在性别特异性机制，并提示混合性别分析可能掩盖具有生物学意义的差异，从而强调在衰老研究和治疗开发中纳入性别考量的重要性。

衰老与认知功能下降及海马神经发生（hippocampal neurogenesis，指成年海马齿状回持续产生新神经元的过程）密切相关，海马神经发生减少被认为是认知恶化和阿尔茨海默病等神经退行性疾病的重要特征。SAMP8小鼠是成熟的加速衰老模型，表现为早发进行性认知障碍、阿尔茨海默病样神经病理，以及神经干细胞（neural stem cell，NSC）池早期代偿性扩张后最终耗竭。然而，以往相关研究多集中于雄性或未区分生物性别，性别对神经发生及认知衰退的影响长期被忽视。二萜化合物ER272（12-脱氧佛波醇-13-异丁酸酯）可激活经典蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）亚型，并在6月龄雄性SAMP8小鼠中通过增强海马神经发生改善认知，但该治疗是否对雌性同样有效仍不清楚。为此，研究人员在4月龄雄性和雌性SAMP8/TaHsd与SAMR1/TaHsd小鼠（购自Envigo，现Inotiv，荷兰）中开展研究，每日鼻内给予ER272（1 μM，溶于0.9%生理盐水）或生理盐水连续8周，直至6月龄，以系统表征性别特异性的神经发生模式、认知表现及治疗反应。研究结果揭示雄性和雌性SAMP8小鼠遵循不同的神经发生衰老轨迹，ER272的认知与神经发生改善作用主要局限于雄性；混合性别分析倾向于呈现雄性表型，从而掩盖雌性特有特征。该研究强调在脑衰老研究和治疗策略开发中必须将性别作为关键生物学变量，并为性别特异的神经可塑性干预提供了理论基础。

在技术方法层面，研究人员在整个8周处理期间每隔一天腹腔注射5-溴-2′-脱氧尿苷（5-bromo-2′-deoxyuridine，BrdU，75 mg/kg）以标记新生细胞；行为学评估包括新物体辨别（new object discrimination，NOD）测试和Morris水迷宫（Morris water maze，MWM）及旷场实验。处死后采用免疫组织化学结合共聚焦显微镜定量分析齿状回中BrdU⁺、双皮质素（doublecortin，DCX⁺）、NeuN⁺、胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP⁺）、SOX2⁺、S100β⁺阳性细胞；利用Neurolucida 360软件对DCX⁺未成熟神经元进行三维形态重建和Sholl分析；统计采用单因素或双因素方差分析。

3.1 二萜治疗功效的性别特异性：雄性SAMP8认知恢复而雌性未恢复
行为学测试显示，6月龄雄性和雌性SAMP8小鼠在MWM训练阶段和NOD测试中均出现空间记忆与情景记忆损伤。ER272治疗使雄性SAMP8的逃逸潜伏期随训练进程改善并与SAMR1对照接近，24小时保留测试中目标象限停留时间显著增加；雌性SAMP8未见显著改善。NOD的“什么”和“何时”范式中，ER272仅显著改善雄性表现，且治疗后雌性在“什么”和“何时”范式的反应显著差于雄性。旷场实验排除各组间运动活动差异。

3.2 6月龄SAMP8小鼠齿状回神经发生中的性别依赖性差异及治疗反应
BrdU间隔标记显示，雄性SAMR1小鼠的新生未成熟神经元（DCX⁺BrdU⁺）数量约为雌性SAMR1的5倍；雄性SAMP8显著低于雄性SAMR1，ER272完全逆转这一减少；雌性SAMP8与雌性SAMR1无显著差异，治疗亦无显著效应。ER272在两种性别中均增加BrdU⁺细胞总数，但雄性增幅明显大于雌性。新生成熟神经元（NeuN⁺BrdU⁺）在雄性SAMP8经ER272治疗后显著增加，雌性仅有非显著趋势。

3.3 神经发生微环境中新生神经元复杂性的性别特异性改变及治疗反应
三维形态重建结果显示，雄性SAMP8的DCX⁺新生未成熟神经元树突总长度、树突表面积、树突节段数、末端分支数、四级和五级节段数以及Sholl交点数量均较SAMR1对照组减少或下降，ER272可防止或逆转这些形态学异常；雌性SAMP8未出现明显形态学缺陷，治疗亦无效果。

3.4 性别对微环境星形胶质细胞及中年SAMP8小鼠治疗功效的差异化影响
雄性SAMP8小鼠齿状回S100β⁺星形胶质细胞总数和新生星形胶质细胞（S100β⁺BrdU⁺）数量较SAMR1显著增加，其中新生星形胶质细胞数可接近雄性SAMR1的4倍，ER272可阻止该增加；雌性SAMP8未见显著改变。雄性SAMP8的新生星形胶质细胞数约为雌性的5倍，提示病理性星形胶质生成增加主要出现在雄性。

3.5 老年SAMP8小鼠中神经干细胞的性别特异性激活
GFAP⁺SOX2⁺放射状胶质样NSC总数在雄性和雌性SAMP8中均低于相应SAMR1对照；ER272仅在雄性中进一步降低NSC总数。活化NSC（GFAP⁺SOX2⁺MCM2⁺）绝对数量无组间差异，但雄性SAMP8中活化NSC占NSC池的比例约为雄性SAMR1的2倍，ER272处理后增至3倍；雌性中无此变化。

3.6 混合队列分析呈明显雄性偏倚
当合并雄性和雌性数据进行分析时，多数神经发生和认知参数的结果与雄性单独分析相似，无法反映雌性特有模式，提示混合性别分析会掩盖重要的生物学差异。

讨论部分指出，6月龄可能处于认知损伤较为接近的过渡阶段，但两性背后的神经生物学机制已出现明显分化。雄性SAMP8的神经发生损伤涉及未成熟神经元减少、树突形态成熟异常、星形胶质生成增加和NSC激活比例升高等环节，ER272能够恢复上述多个参数；雌性则神经发生特征相对保留，治疗应答有限，这可能与雌性基线神经发生水平较低或处于不同病理进展阶段有关。由于BrdU采用全程重复标记，该设计反映治疗期间的累积神经发生结果，无法区分增殖、存活和谱系进展等具体阶段效应。研究还提示不同NSC亚群比例可能影响两性的治疗应答，且未监测雌性动情周期与激素水平是研究局限之一。混合队列结果偏向雄性表型，进一步支持在衰老研究中将性别作为独立生物学变量。

结论：研究揭示SAMP8小鼠在生理性和病理性衰老中海马神经发生存在显著的性别依赖性差异。尽管6月龄时两性认知表现相似，但雄性和雌性小鼠显示出不同的神经发生特征，并对ER272治疗产生不同应答。雄性表现为NSC激活、细胞命运决定和神经元成熟方面的改变，这些改变大部分可被治疗恢复；雌性则表现出相对保留的神经发生特征和有限治疗应答。这些发现提示两性并非仅在神经发生衰退程度上有所不同，而是遵循不同的神经发生衰老轨迹。通过挑战衰老过程一致性的传统观点，本研究强调在脑衰老研究中将性别作为生物学变量的重要性，并支持制定基于性别信息的神经可塑性靶向治疗策略。