早期生活应激对雌性大鼠雌激素作用的心肺终身影响：从惊恐障碍到睡眠呼吸暂停的性别特异性机制

《Journal of Neuroendocrinology》：Life-long cardiorespiratory consequences of early life stress on estrogen actions in female rats

　　

中文摘要翻译 早期生活逆境会增加疾病风险，并对大脑发育产生性别特异性影响。虽然早期生活应激与神经精神疾病之间的关联已被充分证实，但其对呼吸健康的影响却鲜有文献记载，尤其是在女性中。本文回顾了近期利用新生期母体分离（NMS）研究早期生活应激对雌性心肺功能长期影响的相关研究。惊恐障碍（PD）是一种焦虑障碍，在女性中的患病率约为男性的2倍。其呼吸亚型以对CO2的过度通气反应为特征。NMS增强了成年雌性大鼠对5% CO2的反应；该效应在动情前期最为显著，且在雄性中不出现。食欲素（ORX）神经元可增强CO2反应，且通常受17β-雌二醇（E2）抑制。电生理测量显示，在对照雌性中，兴奋性突触后电流频率随E2水平呈反向变化。然而，NMS破坏了这种E2介导的抑制，尤其是在动情前期，提示雌激素作用受损与PD相关呼吸功能障碍有关。与年龄相关的卵巢功能衰退会增加睡眠呼吸暂停及相关合并症的风险。对照雌性的呼吸暂停频率随年龄增长而降低，而1岁龄NMS雌性的呼吸暂停指数较同龄对照高75%，同时伴有更高的肥胖程度和高血压。仅在NMS雌性中，动脉压与循环E2水平呈负相关，表明其对年龄相关的雌激素下降具有更高的易感性。尽管生理性E2水平波动对健康雌性影响有限，研究人员提出，早期生活应激会持续改变对E2的反应性，并与衰老协同作用，增加雌性整个生命周期的心血管脆弱性。

论文主体内容总结

1 引言

四十年前，Barker和Osmond发表了关于英格兰和威尔士缺血性心脏病起源的开创性流行病学研究，提出早期营养不良会增加成年后对高脂饮食的易感性。该研究将科学关注点从遗传和成年行为转向早期发育环境作为终身健康的决定因素，奠定了当今“健康与疾病发育起源”（DOHaD）研究视角的基础。目前，越来越多的科学共识认为，许多成年疾病源于生命早期的发育或生物学紊乱。尽管应激与心理健康问题之间的关联在心理学和精神病学中已被广泛接受，但在“硬核”生理系统研究中关注不足。睡眠呼吸暂停（SA）和哮喘是两种最重要的呼吸系统疾病，而应激相关的心理健康问题（如焦虑和抑郁）几乎可使这些疾病风险翻倍，但应激与这些健康问题之间的联系受到的关注有限。研究人员提出，早期生活应激通过扰乱控制呼吸的神经网络的发育和功能，增加呼吸系统疾病的易感性。通过多种应激模型的实验证明，围产期应激暴露导致的呼吸紊乱与临床病症（如早产儿呼吸暂停、惊恐发作和SA）基本一致，且这些不良后果持续至成年期，并表现出与临床观察一致的显著性别差异。

2 新生期母体分离作为早期生活应激模型

在哺乳动物中，母体提供的触觉、嗅觉和听觉刺激是影响新生儿大脑发育的最强外部信号之一。不充分或异常的母婴互动会扰乱调节下丘脑室旁核（PVH）兴奋性与抑制性信号之间的平衡，该结构协调应激肽和激素的释放。因此，不充分的母性关怀会增强下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的基础活性，并终身增强对应激的反应性。从呼吸角度而言，PVH直接投射至延髓结构，这些结构整合化学和机械刺激、产生呼吸节律并激活主要呼吸肌。在雄性中，NMS诱导的PVH功能障碍增强了低氧通气反应并加剧睡眠期间的呼吸不稳定性。除环境因素外，性腺激素是HPA轴发育和功能的另一关键决定因素。在性成熟期（8周），应激雄性大鼠的PVH基础激活及促肾上腺皮质激素（ACTH）和皮质酮血浆水平高于对照；但NMS雌性中未观察到这一现象。

3 目标与概述

本综述讨论早期生活应激对雌性大鼠心肺功能的终身影响，重点关注雌激素反应异常这一重要病理生理机制。研究人员比较了NMS和对照雌性在生殖功能关键阶段（性成熟、“中年”和卵巢衰老）的呼吸功能，并同时比较心血管和代谢指标。惊恐障碍（PD）在女性中的患病率约为男性的2倍，呼吸亚型以对CO₂的过度通气反应为特征。第一部分讨论NMS如何导致年轻成年雌性出现这一异常表型；第二部分总结NMS如何改变雌性衰老轨迹，促进与绝经期女性SA相似的心肺和代谢表型的出现。需要注意的是，啮齿类动物的生殖衰老与人类绝经存在显著差异。

4 主要实验方法

4.1 新生期母体分离：所有实验动物均在拉瓦尔大学动物设施中出生和饲养。出生后，整窝幼崽从出生后第3天至第12天每天与母鼠分离3小时，置于湿度45%、温度35°C的恒温培养箱中以维持热中性。该方案减少了超出正常哺乳间隔的母婴互动，对食物摄入和生长影响极小。第21天断奶后，在标准条件下饲养至性成熟（8周或更晚）用于实验。

4.2 全身体积描记法呼吸测量：这是对非束缚动物进行呼吸变量（呼吸频率、潮气量、每分钟通气量）无创测量的最可靠方法，还可检测叹息和呼吸暂停。大鼠在体积描记舱中适应约1小时后开始记录基础呼吸参数。通过改变流入气体成分，可测量对高碳酸血症（CO₂升高）或低氧（O₂降低）等呼吸刺激的通气反应。

5 第一部分：惊恐障碍（PD）的呼吸表现：早期生活应激与雌二醇对食欲素神经元调控的破坏

5.1 惊恐障碍：定义、病因与性别差异：惊恐障碍（PD）是一种以反复发作的急性意外惊恐发作为特征的焦虑障碍。惊恐发作表现为强烈的身体痛苦和认知焦虑，包括空气饥饿、出汗、心悸、气短、过度通气和濒死恐惧。CO₂吸入常用于PD的诊断，增强的CO₂反应是该人群的独特生物标志物。在北美，PD影响约5%的人口，女性患病率或对CO₂吸入的增强反应是男性的2至3倍。童年逆境，尤其是父母丧失，与PD风险和CO₂超敏反应增加相关。PD患病率在青春期上升以及CO₂的致惊恐效应在经前期达到峰值，表明女性PD患者对激素波动的敏感性高于健康人群。

5.2 新生期母体分离：研究PD的相关模型：由于对CO₂的通气反应是进化保守的特征，其量化推动了早期亲子分离动物模型的转化研究。NMS雌性的CO₂反应显著大于对照；这一效应在雄性中未观察到。NMS相关的CO₂反应增强仅在青春期后显现，成年期随动情周期波动，在动情前期达到峰值，此时NMS雌性的反应比对照高74%。卵巢切除（OVX）以相似程度降低NMS和对照雌性的CO₂反应，但随后的17β-雌二醇（E2）补充在对照中无效果，却使NMS雌性的CO₂反应恢复至接近术前水平，表明这些雌性对E2变化更为敏感。

5.3 应激相关的食欲素（ORX）神经元功能障碍：CO₂高反应性别差异的核心机制：食欲素A和B（又称下丘脑分泌素）是由外侧下丘脑神经元产生的调节肽，现被公认对睡眠/觉醒周期和应激反应具有强大调控作用。ORX神经元投射至PVH的小细胞神经元，促进促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）的释放；同时，ORX神经元表达CRF受体并接收来自包括PVH在内的多个应激相关区域的传入信号。ORX神经元还投射至多个产生和调节呼吸的结构。在雌性中，用选择性ORX-1受体拮抗剂（SB334867；15 mg/kg）预处理可减弱NMS雌性对CO₂的过度通气反应，但在对照中无显著效果；这种减弱在NMS雌性处于E2水平最高的动情前期时最为显著。电生理记录显示，对照大鼠ORX神经元的兴奋性突触后电流（EPSC）频率与血浆E2水平呈反比关系，而NMS雌性中未观察到这种关系，且与对照不同，最高EPSC频率记录于动情前期。

5.4 第一部分：局限性与结论：动物研究无法完全再现PD常伴随的复杂社会心理现实，且啮齿类动物的动情周期不等同于人类的月经周期。然而，NMS符合动物模型的关键标准，包括对呼吸的时效性和性别特异性效应。NMS破坏E2对呼吸控制的抑制作用这一发现具有重要意义，为缓解PD提供了新途径。

6 第二部分：早期生活应激改变雌性大鼠心肺衰老轨迹

6.1 绝经：老年女性心肺健康的转折点：全球人口快速老龄化，预计到2050年全球约五分之一人口将年满60岁，女性约占该年龄组的54%。睡眠呼吸暂停（SA）以睡眠期间反复出现的部分或完全气流中断为特征，导致间歇性低氧和反复睡眠碎片化，激活交感神经和应激通路，促进全身炎症。SA的患病率和临床表现存在显著性别差异，但因男性患病率约为女性的2倍，长期被视为“男性疾病”，导致女性患者常被误诊。绝经后SA发病率增加并达到与男性相当的水平。肥胖通过颈部脂肪堆积促进气道塌陷和低通气，进一步加重SA。绝经后女性SA的机制可能更多依赖呼吸控制异常而非上气道解剖差异。

6.2 早期生活应激对健康的影响是否在卵巢功能衰退前一直潜伏？ 研究人员比较了对照雌性和NMS雌性在三个年龄阶段（青年约8周、中年约40周、老年约60周）的睡眠呼吸暂停指数、呼吸反射和心血管功能。数据显示，年轻NMS雌性的E2水平比对照高32%；对照动物的E2浓度在各年龄保持稳定，而NMS雌性随年龄增长逐渐下降，至老年时E2水平比同龄对照低27%。NMS不影响孕酮或皮质酮水平；ACTH浓度在两组中均随年龄增长，但老年NMS值略低于对照。

6.3 衰老导致NMS雌性出现睡眠呼吸暂停样表型：在年轻成年期，NMS不影响呼吸暂停频率；对照雌性随年龄增长呼吸暂停逐渐减少，而NMS雌性未出现这一下降，因此老年NMS雌性的呼吸暂停频率高于同龄对照。NMS雌性的体重指数增幅大于对照，MRI评估显示体脂比例随年龄增长，但NMS组的增幅更大。瘦素水平随年龄增长而增加，NMS不影响这一关系。IL-4、IL-1β、IL-6和IL-10水平随年龄增长，老年雌性浓度最高；除IL-6在老年NMS雌性中显著高于对照外，两组年龄相关变化相似。

6.4 新生期母体分离增加衰老雌性高血压风险：在年轻雌性中，NMS雌性的平均动脉压（MAP）比对照低10 mmHg；但衰老逆转了这一效应。与同龄对照相比，中年和老年NMS雌性的MAP分别高21和10 mmHg。老年NMS雌性的MAP升高伴随心率较同龄对照降低15%。血管紧张素转换酶（ACE）活性不受NMS影响；但年轻NMS大鼠的ACE2活性比对照高42%，老年时则反转，NMS的ACE2活性比对照低35%。老年动物中ACE2活性与MAP呈强负相关。相关性分析显示，仅在NMS雌性中E2与MAP呈负相关，表明NMS增强了E2敏感性。

6.5 第二部分：局限性与结论：孕酮和睾酮的潜在贡献未被严格探索。急性（手术诱导）卵巢激素下降与渐进性生殖衰老可能不涉及相同的神经内分泌机制，或时间、强度或代偿适应不同。OVX未增加年轻NMS雌性的MAP或呼吸暂停指数。自然衰老伴随多种变化，包括肥胖和炎症增加，这些变化可能与卵巢激素下降产生协同效应。研究结果强烈支持早期逆境经历印刻潜伏的心肺脆弱性，该脆弱性由生殖衰老所揭示。

7 结论

本文综述的研究结果表明，早期生活应激具有性别特异性的神经内分泌和生理后果，可在不同生命阶段显现。在雌性中，NMS相关的CO₂反应增强（PD的生物标志物）在青春期变得可检测，而睡眠期间呼吸不稳定、炎症、体脂增加和血压升高随衰老发展。卵巢激素似乎缓冲了早期逆境的部分后果，但并非全部。应激相关的雌二醇作用改变是重要机制，潜在机制包括ERα与ERβ相对表达的差异以及芳香化酶表达的变化，这些假设有待充分实验验证。