《Brain, Behavior, and Immunity》：Melatonin ameliorates behavioral deficits in 5xFAD mice through modulation of neurogenesis, neuroimmune responses, neurotransmission, and metabolic pathways
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•褪黑素可改善与阿尔茨海默病相关的行为缺陷。•褪黑素可增强海马神经发生能力并重塑海马神经递质代谢。•褪黑素可减少海马淀粉样蛋白β斑块沉积并调节小胶质细胞抗炎激活。引言阿尔茨海默病是一种进行性神经退行性疾病，也是全球范围内导致痴呆的主要原因，其特征包括睡眠障碍、进行性认知功能衰
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褪黑素可改善与阿尔茨海默病相关的行为缺陷。
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褪黑素可增强海马神经发生能力并重塑海马神经递质代谢。
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褪黑素可减少海马淀粉样蛋白β斑块沉积并调节小胶质细胞抗炎激活。
引言
阿尔茨海默病是一种进行性神经退行性疾病，也是全球范围内导致痴呆的主要原因，其特征包括睡眠障碍、进行性认知功能衰退（记忆、语言、推理、执行和视觉空间功能）以及精神/行为改变（Ballard等，2011）。关键的病理特征包括淀粉样蛋白β斑块沉积和含磷酸化tau蛋白的神经纤维缠结（Silva等，2019，Poon等，2020，Poon等，2023，Li等，2023），这些特征共同导致神经发生受损（Poon等，2023，Liu等，2025）。神经发生是指神经干细胞在侧脑室脑室下区和海马齿状回形成有功能神经元的过程（Rodríguez和Verkhratsky，2011），这对学习、记忆和大脑可塑性至关重要（Deng等，2010，Liu等，2015，Moreno-Jiménez等，2019）。在阿尔茨海默病中，神经发生受损导致神经元成熟度和数量减少，从而加重认知缺陷（Poon等，2020，Poon等，2023，Moreno-Jiménez等，2019），使其成为阿尔茨海默病严重程度的一项关键决定因素。因此，针对神经发生受损的治疗方法可能有助于减轻阿尔茨海默病的严重程度。
除了淀粉样蛋白病理和神经发生受损外，阿尔茨海默病还涉及神经递质传递和脑能量代谢的广泛紊乱。5-羟色胺能、多巴胺能和GABA能神经传递受损，以及脑代谢降低，特别是海马葡萄糖利用量降低，这是阿尔茨海默病早期的生物标志物（Liu等，2025，Trillo等，2013，Mosconi等，2008），这些是阿尔茨海默病大脑和动物模型的典型特征。近期的代谢组学研究发现，三羧酸循环、糖酵解和氨基酸代谢途径的紊乱是阿尔茨海默病转基因小鼠中由于星形胶质细胞与神经元代谢偶联受损所致的主要早期海马事件（Andersen等，2021），然而，单一干预手段是否能同时解决阿尔茨海默病的神经发生、神经递质和代谢紊乱仍不清楚。
除了淀粉样蛋白病理、神经发生受损和代谢/神经递质紊乱外，慢性神经炎症也是阿尔茨海默病进展的主要驱动因素。小胶质细胞是大脑的固有免疫细胞，在促炎（M1样）和抗炎/吞噬（M2样）表型之间发生动态极化。在阿尔茨海默病中，慢性激活使小胶质细胞转向促炎状态，其特征是NF-κB和NLRP3炎症小体激活，并伴有促炎细胞因子（IL-1β、TNF-α、IL-6）升高。这一状态加剧了神经元损伤并损害淀粉样蛋白β清除（Keren-Shaul等，2017，Ulland和Colonna，2018）。在阿尔茨海默病转基因小鼠中的单细胞研究鉴定出一种疾病相关小胶质细胞特征，该特征需要Trem2–DAP12信号传导来介导淀粉样蛋白β的清除（Keren-Shaul等，2017，Ulland和Colonna，2018）。神经炎症与脑能量代谢功能障碍密切相关。在阿尔茨海默病转基因小鼠中，葡萄糖代谢降低通过eIF2α磷酸化驱动BACE1介导的淀粉样蛋白生成（Tolomeo等，2018，O'Connor等，2008）；而葡萄糖转运体抑制则诱导神经元细胞线粒体功能障碍并增加淀粉样蛋白β的产生（Chandan等，2023）。这些发现重现了在非转基因散发性阿尔茨海默病模型中观察到的葡萄糖代谢缺陷（Cisternas等，2021）。这些相互关联的神经炎症和代谢通路，再加上神经发生的恢复，代表了有前景的治疗靶点。
已有几项研究针对神经发生受损和阿尔茨海默病相关的认知缺陷进行了干预（Mihardja等，2020）。褪黑素是一种内源性松果体激素，调节昼夜节律、氧化应激以及心血管/免疫功能（Hossain等，2021，Roy等，2022），可减轻淀粉样蛋白β斑块沉积、tau蛋白过度磷酸化和神经炎症，改善阿尔茨海默病啮齿动物模型的认知功能（Hossain等，2021，Roy等，2022，Lv等，2026），并缓解阿尔茨海默病患者的睡眠障碍（Cardinali等，2010），而睡眠障碍是海马神经发生的已知抑制因素（Kent和Mistlberger，2017）。在阿尔茨海默病啮齿动物模型中，褪黑素通过减轻氧化应激和神经炎症来保护神经元（Hossain等，2021，Roy等，2022），并抑制NLRP3炎症小体激活（Fan等，2022）。褪黑素还调节细胞和非转基因啮齿动物模型中的神经发生，在这些模型中它促进齿状回神经增殖和神经干细胞分化（Kim等，2004，Moriya等，2007，Kilic等，2008），并在一例具有较轻微阿尔茨海默病样病理的加速衰老啮齿动物模型中预防性地恢复了海马神经发生（Cachán-Vega等，2022）。近期研究进一步证明，褪黑素在转基因和非转基因阿尔茨海默病啮齿动物模型中均可改善记忆和突触可塑性，并恢复线粒体能量代谢（Chen等，2021，Shabani Sadr等，2025）。然而，其在逆转阿尔茨海默病相关神经发生受损中的作用，以及非神经发生依赖性效应（淀粉样蛋白/神经炎症调节、神经递质/代谢恢复）是否有助于其神经保护作用仍不清楚。本研究调查褪黑素在阿尔茨海默病海马神经发生中的作用，并解析神经发生依赖性和非依赖性机制，假设褪黑素可促进神经发生，并发挥互补效应来改善阿尔茨海默病的认知/精神行为障碍。
为了验证我们的假设，我们向5xFAD阿尔茨海默病小鼠（严重淀粉样蛋白病理）（Poon等，2023，Tsui等，2022）施用褪黑素。通过行为测试评估探索行为、社交/空间记忆和抑郁样症状。替莫唑胺是一种细胞增殖阻滞剂（Yu等，2022，Chong等，2021），用于评估神经发生依赖性效应。免疫组织化学检测了褪黑素对淀粉样蛋白β斑块、神经发生和神经炎症的影响。皮质酮和促肾上腺皮质激素检测用于测量应激激素变化，实时荧光定量PCR鉴定了应激、神经炎症、神经可塑性和突触可塑性的关键生物标志物。靶向/非靶向质谱分析检测了海马神经递质和代谢途径（氨基酸、糖酵解、磷酸戊糖途径、三羧酸循环）。
章节摘要
材料与方法
详细方法见补充材料。简而言之，本研究使用8月龄雌性5xFAD和C57BL/6J野生型小鼠（25–30 g），该研究已获得香港大学教学与研究中活体动物使用委员会的批准（CULATR批准编号4807–18）。小鼠在受控实验室条件下饲养（22 ± 2°C，相对湿度55 ± 10%，12小时反向光/暗循环，自由取食和饮水），并随机分为四组。
褪黑素通过神经发生依赖性和非依赖性通路改善行为缺陷
既往研究表明，阿尔茨海默病动物模型表现出探索行为减少（Filali等，2011）、学习和记忆功能受损（Poon等，2023，Poppe等，2019，Billings等，2007）以及抑郁样症状增加（Gao等，2018）。在本研究中，我们通过十字迷宫、水迷宫、社交/社会记忆测试和强迫游泳测试的测试结果评估了8月龄5xFAD小鼠的行为缺陷。为了探究褪黑素治疗是否能改善这些行为缺陷，我们对5xFAD小鼠进行了……
褪黑素促进海马细胞增殖和神经发生
既往研究将神经发生受损与阿尔茨海默病动物模型的行为缺陷联系起来（Poon等，2023，Liu等，2025，Hollands等，2017，Stazi和Wirths，2021）。在此，我们检测了褪黑素对5xFAD小鼠海马细胞增殖和神经发生的影响。我们发现，与野生型-生理盐水组小鼠相比，5xFAD-生理盐水组小鼠齿状回中BrdU+、DCX+以及BrdU/DCX+细胞数量显著减少（图2A-E），表明5xFAD小鼠的神经发生受损。
讨论
我们调查了4周褪黑素治疗对5xFAD小鼠的神经保护作用。褪黑素通过神经发生依赖性和非依赖性机制改善了探索行为、增强了空间记忆、减少了抑郁样行为并降低了应激激素水平（图1）。它还减少了淀粉样蛋白β斑块负荷，促进海马可神经元增殖/分化，增加未成熟神经元形成（图1、图2），并增强了小胶质细胞激活（图3）。此外，
结论
5xFAD小鼠表现出抑郁样行为、探索行为减少和空间学习缺陷，但没有空间和社交记忆缺陷。在这些小鼠中，4周褪黑素给药通过非神经发生依赖性机制增加探索活动，而通过神经发生依赖性通路增强空间记忆并发挥抗抑郁样效应。褪黑素减少了淀粉样蛋白β斑块沉积，增加了海马细胞增殖和未成熟神经元数量，并增加了……
CRediT作者贡献声明
Jaydeep Roy：撰写——审阅与编辑、撰写——原稿、可视化、验证、调查、形式化分析、数据整理。Ka Chun Tsui：撰写——审阅与编辑、撰写——原稿、可视化、验证、调查、形式化分析、数据整理。Chi Him Poon：调查、形式化分析、数据整理。Jingyi Zhang：调查、形式化分析、数据整理。Yunfan Lai：调查、形式化分析、数据整理。Kan Yin Wong：调查、形式化……
伦理批准与参与同意
所有实验均经香港大学教学与研究中活体动物使用委员会批准（CULATR批准编号4807–18），并在香港大学DrLim神经调节实验室完成。
资助
本研究由香港大学转化与应用研究种子基金支持（编号201811160028；编号201910160010），由企业研究基金（EFP-B10120250123）资助LWL，由研究发展基金（RDF-TP-003）资助ZL。JR由香港大学专业进修学校研究基金（编号200004912）资助LWL。本研究在DrLim神经调节实验室（www.drlimlab.com）、香港大学和西交利物浦大学完成。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
图形摘要使用Biorender.com平台创建。
Jaydeep Roy|Ka Chun Tsui|Chi Him Poon|Jingyi Zhang|Yunfan Lai|Kan Yin Wong|Mazel Mihardja|Vera Tse|Pui Ching Li|Ching Au|Jonah Ng|Ersoy Kocabicak|Luca Aquili|Kah Hui Wong|Zhiliang Lu|Yasin Temel|Man Lung Fung|Lee Wei Lim
