急性高尿酸血症通过恢复内侧前额叶皮层神经元兴奋性缓解焦虑样行为：S-雌马酚的作用机制

《Brain Research Bulletin》：S-equol Mitigates Anxiety-like Behaviors Associated with Acute Hyperuricemia by Restoring Neuronal Excitability in the Medial Prefrontal Cortex

　　

中文摘要翻译 急性高尿酸血症（acute hyperuricemia, HUA）与小鼠焦虑样行为及内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）锥体神经元兴奋性降低相关。c-Fos映射揭示了HUA小鼠情绪相关脑区的广泛激活。S-雌马酚（S-equol）能够改善焦虑样行为并恢复mPFC神经元兴奋性，且此作用独立于兴奋/抑制（E/I）突触平衡。

论文解读文章

研究背景与研究目的

高尿酸血症（hyperuricemia, HUA）是一种日益普遍的代谢性疾病，已被确认为糖尿病、心血管疾病尤其是痛风等多种慢性疾病的独立危险因素。其发病率与经济发展带来的饮食结构变化密切相关，特别是高嘌呤饮食及异常的嘌呤代谢导致血清尿酸水平升高。已有研究表明，嘌呤代谢与中枢神经系统功能之间存在显著联系，影响多巴胺和γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）等关键神经递质，并与睡眠障碍和情绪紊乱等神经精神症状相关。然而，HUA与情绪异常之间的关联及其背后的神经机制尚不明确。内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）是边缘系统的核心区域，对协调情绪反应至关重要，其正常功能依赖于局部兴奋性锥体神经元与抑制性中间神经元之间的兴奋-抑制（excitation-inhibition, E/I）平衡。雌激素受体β（estrogen receptor beta, ERβ）是情绪处理和神经可塑性的关键调节因子，而S-雌马酚（S-equol）作为大豆异黄酮黄豆苷元的肠道代谢产物，是一种选择性高亲和力ERβ激动剂，具有神经保护作用。本研究旨在系统探讨急性HUA对情绪相关神经环路的影响，并评估S-equol能否通过调控mPFC活性缓解HUA诱导的焦虑样行为。

研究方法

研究人员采用成年ICR小鼠，通过连续7天腹腔注射氧嗪酸钾（potassium oxonate, PO）和次黄嘌呤（hypoxanthine, HX）建立急性HUA动物模型。行为学评估按从低应激到高应激的顺序进行，包括机械痛阈值测定、热痛觉过敏测试、旷场实验（open field test, OFT）、高架十字迷宫实验（elevated plus maze, EPM）、蔗糖偏好实验（sucrose preference test, SPT）和悬尾实验（tail suspension test, TST）。为排除疼痛测试的干扰效应，研究人员在独立的初始行为学实验中进行了验证性OFT和EPM检测。通过免疫组织化学方法进行c-Fos脑图谱分析，评估情绪相关脑区神经活动。利用全细胞膜片钳技术记录mPFC第V/VI层锥体神经元的固有兴奋性和自发兴奋性/抑制性突触后电流。通过口服灌胃给予S-equol，评估其对HUA小鼠焦虑样行为和神经元电生理特性的影响。

研究结果

1. 急性HUA诱导小鼠焦虑样行为但不引起痛觉过敏或抑郁样行为

HUA模型组小鼠肾脏外观苍白、形态不规则，血清尿酸水平显著升高。在旷场实验中，HUA处理显著降低了雄性和雌性小鼠进入中央区的次数，并减少了雄性小鼠在中央区的停留时间和总运动距离。在高架十字迷宫实验中，HUA显著减少了雌性小鼠在开放臂的停留时间，但对雄性小鼠无显著影响。在蔗糖偏好实验和悬尾实验中均未观察到显著差异。结果表明，急性HUA特异性诱发焦虑样行为，且存在性别差异。

2. 急性HUA焦虑模型中皮层结构和边缘结构的激活图谱

c-Fos染色结果显示，HUA小鼠mPGC亚区（前边缘皮质、下边缘皮质和背侧脚皮层）、丘脑室旁核、前岛叶皮层、外侧下丘脑和基底外侧杏仁核中c-Fos阳性细胞密度显著增加，而海马区c-Fos阳性细胞密度显著降低。伏隔核壳区和核心区未见显著变化。

3. 急性HUA降低雄性和雌性小鼠mPFC锥体神经元的固有兴奋性

全细胞记录显示，HUA小鼠mPFC第V/VI层锥体神经元在不同电流注入下诱发的动作电位数量显著减少，基强度电流（rheobase）显著增加，输入电阻显著降低。静息膜电位和动作电位阈值无显著变化。这些改变在雄性和雌性小鼠中均一致。

4. 急性HUA破坏雄性小鼠mPFC锥体神经元的兴奋-抑制突触平衡

在雄性HUA小鼠中，自发兴奋性突触后电流（spontaneous excitatory postsynaptic currents, sEPSCs）的频率显著增加，而振幅无变化；自发抑制性突触后电流（spontaneous inhibitory postsynaptic currents, sIPSCs）的频率和振幅均无显著变化。E/I比值在雄性HUA小鼠中显著升高。雌性HUA小鼠中未观察到这些突触参数的显著改变。

5. S-equol减轻急性HUA诱导的雄性和雌性小鼠焦虑样行为

口服S-equol处理后，在旷场实验中，S-equol显著增加了雄性和雌性HUA小鼠进入中央区的次数，并延长了雄性小鼠在中央区的停留时间。在高架十字迷宫实验中，S-equol显著增加了雄性和雌性小鼠进入开放臂的次数。总运动距离在各组间无显著差异。

6. S-equol给药恢复急性HUA小鼠mPFC锥体神经元的固有兴奋性

S-equol处理显著增加了HUA小鼠mPFC锥体神经元诱发的动作电位数量，降低了基强度电流，并在雌性小鼠中显著增加了输入电阻。S-equol还显著降低了雄性和雌性小鼠的动作电位阈值。静息膜电位无显著变化。

7. S-equol给药不改变急性HUA雄性小鼠mPFC锥体神经元的E/I突触平衡失调

在雄性HUA小鼠中，S-equol处理对sEPSCs和sIPSCs的频率和振幅均无显著影响，E/I比值也未发生改变。

讨论与结论

本研究发现早期HUA特异性触发小鼠焦虑样行为而不引起痛觉过敏或抑郁样症状，为理解HUA相关的情绪障碍提供了新见解。急性HUA可能通过降低mPFC锥体神经元的固有兴奋性，削弱其对基底外侧杏仁核的抑制性调控，从而促进焦虑样行为。值得注意的是，尽管HUA在两种性别的小鼠中均降低了mPFC神经元的固有兴奋性，但雄性小鼠表现出更全面和严重的焦虑表型，且伴随显著的突触E/I失衡，而雌性小鼠的焦虑表型相对温和且具有情境特异性，这提示存在性别特异的神经适应机制。

S-equol治疗有效缓解了HUA诱导的焦虑样行为，并通过增强mPFC锥体神经元的固有兴奋性恢复了HUA导致的神经元功能下降，但其作用不涉及E/I突触平衡的调整。S-equol的抗焦虑效应存在性别差异：在雄性小鼠中效果更为全面，而在雌性小鼠中效果有限，这可能与内源性雌激素对ERβ受体的竞争性占用有关。研究结论表明，早期HUA可能与焦虑样行为相关联，其机制涉及mPFC环路功能障碍和E/I突触信号失衡。S-equol作为mPFC功能的潜在调节因子，可通过恢复神经元兴奋性缓解HUA相关的焦虑症状，但其治疗效果可能受到性别特异性因素的调节。