高脂饮食（HFD）诱导小鼠抑郁样表型的性别二态性：以星形胶质细胞谷氨酸转运体、vHPC-NAc环路和肠道微生物群为核心的多层次关联

《Neurobiology of Disease》：Sexual dimorphism in high-fat diet-induced depression-like phenotypes in mice: astrocyte-centered molecular, circuit, and microbiota associations

　　

高脂饮食（HFD）改变雄性小鼠的抑郁相关行为学指标。
雄性小鼠在HFD暴露后表现出更严重的代谢功能障碍。
HFD降低雄性小鼠的胶质谷氨酸转运体（glial glutamate transporters）并改变腹侧海马（ventral hippocampus, vHPC）星形胶质细胞。
海马-伏隔核（nucleus accumbens, NAc）连接的改变与雄性小鼠的缺陷相关。
肠道微生物类群（gut microbial taxa）显示出与行为及星形胶质细胞改变的性别特异性关联。

研究背景：抑郁症以持续情绪低落及对正常奖赏活动兴趣或愉悦感减退为特征，是全球致残和疾病负担的重要原因。其发病机制高度异质，涉及多重机制。既有证据显示代谢性疾病（metabolic disorders, MetD）与抑郁高度共病。既往研究基于高脂饮食（high-fat diet, HFD）模型发现，雄性C57BL/6 N小鼠12周HFD可诱导MetD和抑郁样表型，并伴腹侧海马（ventral hippocampus, vHPC）星形胶质细胞谷氨酸转运体GLAST和GLT-1下调、谷氨酸清除受损、vHPC至伏隔核（nucleus accumbens, NAc）谷氨酸能输出增强；化学遗传抑制提示vHPC-NAc投射过度活跃具有因果作用。然而，这些机制研究仅在雄性小鼠中进行。抑郁与MetD均存在明确性别差异，雌性是否出现类似星形胶质细胞-环路改变尚不清楚。肠道微生物群失调亦与抑郁和MetD相关，并受性别和饮食影响。因此，研究人员纳入雌雄小鼠，考察HFD诱导MetD相关抑郁的性别依赖性改变，重点聚焦vHPC星形胶质细胞功能障碍、相关环路及肠道微生物群。

方法概括：研究人员采用8周龄雄性和雌性C57BL/6 N小鼠，来自NCKULAC，随机分为Male-CD、Male-HFD、Female-CD、Female-HFD。HFD含60% kcal脂肪，持续12周。共120只小鼠，设三个独立队列，每队列40只，每组10只，每队列分两批。第一队列进行蔗糖偏好实验（sucrose preference test, SPT）、强迫游泳实验（forced swimming test, FST）、腹腔葡萄糖耐量试验（intraperitoneal glucose tolerance test, IPGTT）和腹腔胰岛素耐量试验（intraperitoneal insulin tolerance test, IPITT），并采集空腹血测葡萄糖、胰岛素和脂质；第二队列进行SPT和FST后测皮质酮（corticosterone, CORT）、免疫印迹、免疫组化及微生物群；第三队列评估vHPC至NAc谷氨酸能投射活性。关键技术包括Fluoro-Gold（FG）逆行示踪、c-Fos/ΔFosB免疫荧光、胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）、离子钙结合适配分子1（ionized calcium-binding adapter molecule 1, Iba1）和CD31免疫染色、Sholl分析及16S rRNA测序。统计采用三因素/二因素ANOVA、Tukey检验、Pearson相关，微生物相关分析用Benjamini-Hochberg错误发现率（false discovery rate, FDR）校正。

研究结果：
3.1 HFD诱导的代谢失调在雄性小鼠中较雌性更显著。通过12周喂养监测体重、IPGTT、IPITT、空腹血糖、胰岛素、稳态模型评估胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessment of insulin resistance, HOMA-IR）和血脂，发现HFD增加两性体重，但雄性体重增加更大；雌性HFD小鼠CORT高于雄性HFD小鼠。HFD升高两性空腹血糖、胰岛素和HOMA-IR并损害糖耐量，雄性更严重；胰岛素不耐受仅见于雄性。HFD升高雄性所有脂质参数，雌性仅游离脂肪酸和HDL-胆固醇升高；雌性HFD小鼠所有脂质参数低于雄性HFD小鼠。结论为HFD在雄性诱导肥胖、胰岛素抵抗和高脂血症，雌性相对抵抗。

3.2 HFD相关抑郁样行为改变在雄性小鼠中检测到。通过SPT和FST，雌性CD小鼠基线蔗糖偏好低于雄性CD小鼠；HFD降低雄性蔗糖偏好并增加FST不动时间，雌性无此改变；SPT和FST的性别×饮食交互不显著。相关分析显示FST不动时间与IPITT曲线下面积、甘油三酯、LDL-胆固醇和HDL-胆固醇正相关，与体重、血糖、胰岛素、HOMA-IR、IPGTT、游离脂肪酸和CORT不相关；性别分层后仅雄性FST不动时间与IPITT曲线下面积正相关，雌性无显著相关。结论为HFD相关行为改变在雄性可检测，并与胰岛素敏感性和脂质代谢指标相关。

3.3 HFD选择性下调雄性而非雌性小鼠vHPC GLAST和GLT-1并增加vHPC-NAc投射神经元激活。通过Western blotting和FG逆行示踪结合c-Fos/ΔFosB免疫荧光，CD两性GLAST和GLT-1水平相同；HFD仅雄性降低vHPC GLAST和GLT-1。FG⁺谷氨酸能神经元数量在四组无差异。HFD仅增加雄性vSub中FG⁺神经元内c-Fos和ΔFosB表达，雌性无显著改变。结论为慢性HFD增加雄性vHPC-NAc投射神经元激活，并伴星形胶质细胞谷氨酸转运体表达改变。

3.4 HFD抑制雄性而非雌性小鼠vHPC星形胶质细胞突起分支。通过GFAP免疫染色和Sholl分析，CD两性无差异；HFD雄性降低GFAP⁺面积分数、GFAP⁺突起总长度、分支点数和突起分支复杂性，GFAP⁺细胞密度不变；雌性无这些改变。相关分析显示FST不动时间与GFAP⁺面积分数、总突起长度和分支点数负相关；vHPC GLAST和GLT-1表达与多个星形胶质细胞形态参数正相关；GFAP⁺细胞密度与FST不动时间、GLAST或GLT-1无相关；性别分层后仅雄性显著。结论为HFD驱动雄性vHPC星形胶质细胞重塑，并与抑郁样行为和谷氨酸转运体表达相关。

3.5 HFD未诱导两性小鼠vHPC vSub小胶质或血管形态改变。通过Iba1和CD31免疫染色，雌性Iba1⁺面积分数高于雄性，但HFD不改变Iba1表达或Iba1⁺细胞密度；CD31⁺面积分数四组无差异。结论为HFD未在该区域诱导可检测的神经炎症或微血管结构改变。

3.6 HFD暴露后肠道微生物组成出现性别二态性改变。通过16S rRNA测序，Shannon指数所示α多样性不受性别或HFD显著影响；基于未加权和加权UniFrac距离的主坐标分析显示CD与HFD组分离，同饮食条件下雌雄微生物谱接近但可区分。雄性CD小鼠以Bacteroidota为主，雌性CD小鼠Firmicutes较多；HFD增加两性Firmicutes并降低Bacteroidota，Firmicutes/Bacteroidota（F/B）比值升高，雌性HFD小鼠F/B比值高于雄性HFD小鼠。科和属水平存在性别差异，HFD增加Kineothrix、Acetatifactor和Clostridium，降低Duncaniella和Muribaculum。结论为基础菌群组成存在性别差异，HFD诱导的重塑模式在两性间相对保守。

3.7 鉴定与MetD相关抑郁相关的特定微生物类群。通过分析最丰富物种及组间差异物种，CD雌性小鼠富集Lactobacillus intestinalis、Ligilactobacillus murinus等，雄性CD小鼠富集Fusimonas intestini、Duncaniella muris等；HFD降低这些性别富集物种，使两性趋同；雌性HFD小鼠特异性增加Eubacterium coprostanoligenes、Lactobacillus johnsonii、Limosilactobacillus agrestis和Limosilactobacillus reuteri。FDR校正后，30个差异菌种中26个与最终体重显著相关；合并性别分析中无与FST表现显著相关者，GLAST和GLT-1相关亦未保留显著；Acutalibacter muris、Acetatifactor muris、Clostridium phoceensis、Angelakisella massiliensis和Anaerotaenia torta与GFAP⁺面积分数负相关。性别分层后，雄性中多个菌种与FST不动时间正相关或负相关，并与GLAST、GLT-1和GFAP⁺星形胶质细胞形态相关；雌性FDR校正后无显著关联。结论为特定菌群与行为和星形胶质细胞改变存在探索性关联，尤其见于雄性，但未建立因果。

讨论总结：研究人员指出，雄性HFD小鼠代谢紊乱更严重，雌性相对抵抗HFD诱导的胰岛素抵抗以及空腹甘油三酯和LDL-胆固醇升高。行为改变在雄性显著而雌性不显著，但SPT和FST的性别×饮食交互不显著，因此不能确证性别依赖性行为易感性。FST不动时间与胰岛素抵抗及脂质指标相关，提示行为与代谢功能特定方面关联。HFD相关vHPC星形胶质细胞谷氨酸转运体下降和星形胶质细胞形态重塑见于雄性，GLAST、GLT-1和Sholl曲线下面积存在显著性别×饮食交互。vHPC-NAc投射活动增加见于雄性HFD小鼠。基线肠道菌群组成存在性别差异，HFD重塑模式相似；FDR校正后雄性菌群与行为及星形胶质细胞指标存在关联，雌性无。研究优势包括同时纳入雌雄小鼠并设三个独立队列，减少代谢测试、禁食等对行为、分子和环路指标的影响。局限包括仅使用C57BL/6 N小鼠和单一HFD模型、SPT和FST性别×饮食交互不显著、行为范式有限、未直接评估突触传递、相关性不能证明因果、16S rRNA分析仅提供分类信息、雌性激素周期未充分控制、样本量有限等。总体而言，这些发现强调生物性别在塑造星形胶质细胞对代谢功能障碍反应中的重要性，并为未来机制研究和性别特异性治疗策略提供基础。

结论翻译：本研究证明HFD暴露后vHPC存在性别依赖性星形胶质细胞改变，并伴随在雄性小鼠中可统计学检测到的抑郁相关行为改变。GLAST和GLT-1表达及星形胶质细胞突起分支的显著性别×饮食交互支持两性对HFD的神经生物学反应差异，而SPT和FST缺乏显著交互表明性别依赖性行为易感性仍有待确证。外周胰岛素抵抗和选择性脂质异常与行为结果相关，肠道微生物群分析鉴定出与行为和星形胶质细胞指标相关的探索性关联。总体而言，这些发现强调生物性别在塑造星形胶质细胞对代谢功能障碍反应中的重要性，并为未来机制研究提供基础，以探讨这些神经生物学差异是否导致MetD相关抑郁的性别依赖性易感性。