《Physiological Reports》：The evidence for old age motor neuron death: A scoping review
年龄相关的神经肌肉功能障碍已得到广泛认可；然而，老龄化伴随运动神经元（MN）损失的程度仍有待深入探索。本综述评估了跨物种及解剖学运动神经元池的老龄化相关MN损失证据。研究人员综合了PUBMED中关于人类、非人灵长类、大鼠和小鼠脊髓及脑干的研究。关注用于量化MN的方法学方法，并根据量化的MN类型（特定运动池、椎体节段、外侧运动柱）进行分类。方法学基于立体学和非立体学密度计数方法进行定性评估，染色技术则依据既定标准判定为最优或次优。为促进跨研究比较，研究人员进行了定量评估，包括：变异系数、组间百分比差异以及采用Cohen's d计算的标准化效应量。跨物种和解剖学区域，总体文献支持老龄化相关MN损失的存在。采用稳健计数方法（如立体学）和适当MN标记物的研究证据最为有力。随着老龄化相关MN退行性变受到更多关注并成为干预靶点，未来研究必须采用严格的方法学标准，以准确确定老龄化MN损失的程度、区域特异性及功能后果。
**1 引言**
运动神经元（MNs）是所有随意运动和反射运动的核心。有效的运动行为可视为输入侧驱动因素（包括情境线索、模式选择与生成、觉醒状态）与输出保真度（包括有序的运动单位募集/激活、神经肌肉接头（NMJs）完整性、疲劳）的正确总和（Gandevia, 1999; Heckman & Enoka, 2012; Hudson et al., 2019; Manuel et al., 2019; Powers & Heckman, 2017）。运动表现的主要限制因素是特定运动神经元池中剩余MN的数量，这在肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者和啮齿动物模型中通常被 meticulously 且严格地评估（Fogarty et al., 2024; Kiernan & Hudson, 1991; Lee et al., 2013; Messi et al., 2007; Steyn et al., 2013）。MN数量减少会有效降低特定肌肉产生力/扭矩/压力的上限。这种降低的能力可能取决于或独立于肌纤维收缩性（Cheng et al., 2019; Fogarty, 2019; Miyata et al., 1995）。
令人惊讶的是，尽管老龄化伴随明显的运动功能下降，MN数量在老龄化中的变化在临床前模型和人类研究中尚未受到足够关注，除少数被过度宣传的发现外（Maxwell et al., 2018）。这些功能障碍从一般老龄化人群的轻度运动障碍到更严重的肌少症综合征不等（Fogarty, 2025a; Ingram et al., 2023; Larsson et al., 2019; Lord et al., 2016）。轻度运动障碍主要受网络和突触因素影响（Castro et al., 2023; Christensen & Fogarty, 2026; Fogarty, 2025a, 2025b; Maxwell et al., 2018），然而，明显的无力和肌少症可能主要由MN死亡和横纹肌失神经支配所贡献（Delbono, 2003; Doherty et al., 1993; Hepple & Rice, 2016; Larsson et al., 2019; Willadt et al., 2018）。本综述对方法学和结果进行了批判性评价，计算了效应量（参见Gandevia, 2021; Gandevia et al., 2021），以评估老龄化人类和多种模型物种中的MN数量。利用最佳MN计数实践的关键框架（Ferrucci et al., 2018），研究人员将这些结果综合为：总体MN数量、特定椎体节段全长的MN数量、离散解剖区域（如脑干与腰运动池）的MN数量，以及特定逆行标记运动池中的MN数量。这些划分并非单纯的学术迂腐，因为现代脑区（如海马）量化方法显示人类神经元损失在不同亚区域存在显著差异（Fu et al., 2015）。最后，概述了人类老龄化相关MN损失与不同临床前老龄化模型的关系，并将这些见解整合到老年学运动衰退和肌肉无力的框架中。同时阐述了选择性运动单位脆弱性的工作假说，并强调了老龄化MN神经生物学中的关键未决问题。
**2 方法**
**2.1 检索词、定义与范围**
研究人员在PUBMED中使用以下术语组合以获得本综述评估的定量原始研究。对于MNs：使用"motoneuron"和"motor neuron"连同"anterior horn"或"ventral horn"以捕获较早的研究。对于老龄化：使用"aging"、"ageing"、"aged"、"age-related"和"old"。选择在本机构图书馆（纸质或电子）可查或在线可获取的研究。排除除人类、非人灵长类和小鼠/大鼠（啮齿类）以外的所有物种。除为证实运动单位数量估计（MUNE）评估而进行双重直接MN数量评估的情况外，忽略未经证实的轴突或MUNE努力的论文，因为许多神经包含混合/运动和感觉纤维，且NMJ功能下降是MUNE评估的主要混杂因素。排除没有"年轻"对照组的研究，如仅关注特定年龄相关神经退行性疾病的其他相关研究。
"广义"MN计数指方法不区分特定脊髓区域和/或专门计数外侧运动柱或特定脑干运动核的方法。"解剖学"MN计数指在离散脑干运动池或外侧运动柱中的MN评估。"特定"运动池评估保留给逆行方法。当原始作者将特定区域的解剖学基础隔离解释为足以定义特定池时，研究人员持不同意见，并将这些数据归类于"解剖学"MN。符合最佳实践的"立体学"方法定义为采用系统随机抽样方法对整个感兴趣区域进行取样（Ferrucci et al., 2018; Slomianka, 2020）。"非立体学"方法则未能对区域进行全面取样、使用混合切片方向和/或提供密度估计。多种方法用于识别和计数脑干和脊髓中的MNs。研究人员将与立体学方法一致的染色方法（如Nissl染色、ChAT标记或神经残端逆行方法）划分为"最优"，而将NeuN和HRP及其他肌肉内标记方法归类为"次优"。次优方法的局限性涉及Golgi细胞内摄取的变幻莫测（Pilati et al., 2008）、多种条件下NeuN表达的可变性和下调（Moon et al., 2026），以及肌肉内染料完全渗透肌肉的困难（Mantilla et al., 2009）。同时记录了特定品系、是否评估中间年龄以及雌雄情况。
对每项纳入研究的数据进行的三项定量评估如下：（i）对照组（年轻组）的变异系数；（ii）年轻组与老年组之间的观察差异，以年轻组数值的百分比计算；以及（iii）效应量（Cohen's d）的计算。仅考虑完整数据集（n ≥3只动物），最完整的年龄被视为"老年"。还排除了未报告绝对MN数量的研究。
**3 结果**
**3.1 老年脊髓MN数量**
**3.1.1 颈髓MNs**
颈髓MNs组织成跨越脊髓头尾轴的纵向运动柱，表现出躯体定位特征：腹内侧柱的MNs优先支配轴性躯干肌肉，外侧柱的MNs优先支配肩部和上肢/前肢的近端及远端肌肉。外侧柱还表现出头尾和背腹躯体定位特征，肩部肌肉优先由头侧和腹侧MNs支配，而上肢/前肢肌肉优先由尾侧和背侧MNs支配。腹内侧MNs支配轴性躯干肌肉。头侧（C2-C6）和腹外侧MNs支配肩部肌肉。中间头尾侧（C3-C8）和中外侧MNs支配上肢/前肢近端肌肉。尾侧（C4-T1）和背外侧MNs支配上肢/前肢远端肌肉。先前的示踪研究表明这些运动池沿头尾轴和腹外侧轴存在显著重叠。膈肌由位于颈髓中段至尾段（C3-C5，存在种属变异）的膈神经MNs支配，这些MNs在灰质中的位置从头侧腹外侧部分向尾侧腹内侧部分偏移。
在人类中，两项具有合理数量老年个体的研究（10-12例）均报告了颈椎节段水平的MN适度损失（约15-20%，中等和大的Cohen's d），阴性研究仅每年龄组3例受试者且仅在总共两张50 μm切片中计数MN密度。后一项研究以相似的不严格方式评估了非人灵长类的颈髓MN密度。鉴于人类老龄化的多样性，研究人员认为在人力研究中为更大变异性提供检验效能是明智的，n=3即使在最乐观的啮齿动物研究中也是不足的。
在大鼠中，100天与500天龄Sprague Dawley大鼠外侧运动柱的颈髓MN损失评估显示MN数量大幅下降（约70%，大Cohen's d）。然而，在F344大鼠中，当评估单个运动池时，通过神经浸渍方法未观察到老年尺神经或肱三头肌的变化。相比之下，膈神经MNs中观察到 substantial（20%-30%，大Cohen's d）的年龄相关损失，既见于神经浸渍技术，也见于利用NMJ逆行运输的方法。未能找到任何在小鼠中研究颈髓MNs寿命变化的研究。
总体而言，三项人类研究中的两项显示了适度的颈髓MN损失，与大鼠中运动池依赖的发现一致。外侧运动柱数量的显著减少在评估椎体节段所有MNs的方法中可能被低估，这是由于姿势轴性肌肉对退行性变的抵抗力。评估人类、非人灵长类及其他模型物种颈髓全长外侧运动柱MN总数将有助于澄清这一问题。
**3.1.2 腰髓MNs**
腰髓MNs组织成腹角的运动柱，表现出躯体定位特征：腹内侧柱的MNs优先支配轴性和近端下肢/后肢肌肉，腹外侧柱的MNs优先支配下肢/后肢远端肌肉。尽管总体组织是内侧-轴性和外侧-远端的，但特定映射研究显示腹内侧和腹外侧MNs之间存在部分重叠。
在人类中，所有研究均报告了老年腰髓MN数量相似的减少结果，范围约10%-26%损失（大Cohen's d）。值得注意的是，仅一项研究采用了立体学方法，显示了老年腰髓MNs最大的减少（约26%）。
在大鼠中，F344/BN和F344大鼠外侧运动柱的解剖学评估显示老年腰髓MN数量减少（约30%-45%），具有大Cohen's d。重要的是，仅包含雄性大鼠的F344研究具有统计学意义，而使用雌性大鼠的F344/BN研究尽管样本量更大但未达统计学意义，第三项F344/BN雄性研究显示了显著差异。"老年"组的雌性大鼠比"老年"雄性组年轻7个月。大鼠研究还使用逆行标记方法调查了腰髓内特定运动核。在腓肠肌运动核中，老年雄性F344/DuCrj大鼠（约6%、约13%和约30%）、雄性F344大鼠（约8%）和雄性Wistar大鼠（约62%）均观察到统计学显著减少。这些腓肠肌结果令人困惑，因为同一组使用相同方法报告了广泛的总体差异范围（6%-30%）。Wistar albino大鼠胫骨前肌和比目鱼肌的特定标记均显示老年逆行标记腰髓MNs减少（分别约23%和约26%，大Cohen's d）；然而，仅胫骨前肌支配MNs的减少具有统计学意义。
在小鼠中，C57BL/6J小鼠外侧运动柱的解剖学评估显示了对比结果，既有减少（约30%，大Cohen's d）也有微不足道的老年腰髓MN数量增加（约1%，无效应量）。重要的是，仅Gillon et al. (2018)使用了立体学方法。整个腰髓腹角的解剖学评估也显示了混合结果，从微不足道的增加到统计学不显著的减少，再到统计学显著的减少不等。
总体而言，所有评估的人类研究均显示了腰髓MNs的显著减少（约10-25%），具有大Cohen's d，这可能是低估值，因为相对有抵抗力的轴性运动池被纳入其中。就大鼠数据而言，当观察外侧运动柱MN数量时，研究显著性方面结果并不明确。单个内侧腓肠肌、胫骨前肌和比目鱼肌运动池受到 robust 影响，仅一项研究显示损失低于10%。小鼠研究同样不明确，绝大多数为非立体学并使用次优制备。研究人员推测，ALS小鼠模型中严重受影响的不良习惯（即最小立体学选择切片上的切片密度计数）已被用作小鼠老龄化评估的模板。
**3.2 老年脑干MN数量**
许多与脑干相关的运动行为如吞咽、言语、咳嗽和睡眠期间气道通畅的维持，在老年均受到损害。尽管微妙的年龄相关变化集中于环路和信号整合中断，但更严重的缺陷涉及肌肉无力和失神经支配。值得注意的是♀，气道保护行为（如无力咳嗽和吞咽困难）的缺陷使老年易发生吸入性肺炎，这是老年人发病率和死亡率的主要原因。本文全面评估了面神经、舌下神经和疑核运动核MNs的研究。
**3.2.1 面神经MNs**
面神经MNs支配许多面部肌肉，在啮齿类负责触须运动和声源定位识别，在灵长类负责面部表情和发声，并支配吞咽和咀嚼所需的茎突舌骨肌和二腹肌。因此，面神经MNs虽然跨物种功能不同，但对成功动物功能至关重要，是评估跨物种神经运动系统的重要神经元标志物。事实上，在人类中，面神经MN功能障碍导致多种神经退行性疾病的运动症状，此外还与贝尔面瘫的年龄相关病理生理意义有关，其中老年恢复率低于青年。
大多数面神经运动核评估集中于面神经吻合和轴突切断研究。虽然没有老年人类面神经MN数量的详细评估，但少数研究在多种大鼠品系和小鼠中评估了老年面神经MN数量。在所有研究中，Cohen's d效应量为中等（一项研究）至大（其余四项），大鼠MN适度损失约10%-20%，小鼠约20%。
**3.2.2 舌下神经MNs**
舌下神经MNs支配内在肌（上、下纵肌、横肌和垂直肌）以及外在肌（颏舌肌、茎突舌肌、舌骨舌肌和颏舌骨肌）。舌下运动核组织确实表现出一定的躯体定位特征，腹侧区域支配缩肌，背侧区域支配伸肌。主要伸肌颏舌肌由腹侧和腹外侧区域支配。
直接评估老年舌下MN存活的相对研究较少，人类没有年龄对照评估。在大鼠中，F344/BN和F344大鼠的不同研究报告了对比结果，所有评估显示老年舌下MN数量减少约>5%（中等至大Cohen's d）；仅F344研究具有统计学意义。重要的是，阴性的F344/BN研究依赖于密度估计而非评估整个核团，后者在腹外侧颏舌肌支配MNs中显示了略夸大的损失（约20%）。重要的是，后项研究在同一标本中比较了整体计数和密度估计，显示密度估计不足以确定MN损失，可能由于MN数量的显著区域变异。在F344/BN研究中，年龄（32个月）可能不够"老"以观察到变化。在小鼠中，据报道老年未发生舌下MN损失，尽管该研究结合了横断和旁矢状切片技术。
**3.2.3 疑核MNs**
疑核由三个区域组成：更头侧的致密区、中间半松散区和更尾侧的松散区，旧命名法还包括后颜面核。躯体定位组织特征为：头侧致密区形成支配食管MNs，更尾侧的半致密和松散区分别支配腭咽和喉部MNs。
尽管吞咽困难是老年发病率和死亡率的主要指标，但仅三项研究评估了老龄化中的疑核MN存活：大鼠两项，小鼠一项。其中两项使用可靠的Nissl方法并评估整个运动核而非密度估计，另一项通过肌肉内CTB观察特定肌肉（甲杓肌）并使用偏斜的密度估计。所有研究均显示相对于对照的大效应量。值得注意的是，老年减少数量的小鼠MN池之一是疑核，MNs被约40%的损失摧毁，几乎是大鼠F344和F344杂合子损失的两倍。两项研究中的中间中老年组MN量化显示，疑核MN数量在中老年之前相对稳定，随后从中老年到老年的快速下降。
**4 讨论**
**4.1 MN死亡的病理生理学意义**
**4.1.1 脊髓**
在人类中，存在年龄相关的颈髓大直径、有髓运动纤维的优先减少。这在腰髓中得到复制，老年组有髓轴突密度降低和轴突退行性变。这些发现与老年人类颈髓和腰髓MUNE评估的减少以及年龄相关NMJ失神经支配一致。
在大鼠和小鼠中，年龄相关失神经支配和肌肉无力及萎缩明显可见，许多研究关注抗萎缩与易萎缩肌肉相比，和/或肌纤维类型依赖性神经支配差异。当然，MN死亡是NMJ失神经支配的后果还是反之，是一个关键的病理生理学问题。
**4.1.2 脑干**
据研究人员所知，似乎没有现成的人类老龄化脑干运动核数据。人类舌下神经和喉上神经运动轴突的评估有限。在60岁以下与以上男性的比较中，未观察到年龄相关的有髓运动纤维差异；然而，仅非立体学方式评估了神经横截面积的7%-14%。相比之下，老龄化人类颏舌肌MUNE方法显示运动单位扩张，与舌下MN损失一致。与人类舌下神经的不完整取样相比，喉返神经的整体评估显示有髓（推测为运动）纤维减少30%，与MN损失一致。
在F344大鼠和F344杂合子中，脑干MN损失与喉部肌肉和舌头的部分或完全NMJ失神经支配和重塑增加同时发生。总体MN损失和失神经支配与明显无力和神经肌肉传递缺陷以及吞咽气动行为受损一致。总体而言，由于吞咽行为的生命维持性质，这些池中即使适度的MN损失在老年也可能高度有害。
**4.2 老龄化中运动单位类型依赖性MN死亡**
研究人员工作的总体假说是，构成快速易疲劳运动单位的MNs在老年易受退行性变和随后的死亡（Fogarty, 2025a; Fogarty, Brown, & Sieck, 2020）。这一假说与衰老对IIx/b型肌纤维的选择性影响一致。在实验性失神经支配和MNs丢失的条件下（如ALS），快速易疲劳运动单位选择性脆弱。在ALS患者和模型MNs中，较大MNs存在不成比例的退行性影响和损失，其中许多可能是快速易疲劳MNs。衰老中也有类似观察，较大MNs丢失且更易受退行性变影响。值得注意的是，这种尺寸依赖性损失在腰髓MNs评估中被掩盖，因为MNs的最大胞体范围在旁矢状面上。
研究人员认为，特别有抵抗力的运动池并非由于环路因素或解剖学独特性而有抵抗力，而是所有慢速和快速疲劳抵抗MNs都有抵抗力，无论解剖位置如何。这在尺侧腕屈肌和肱三头肌等肢体肌肉中得到证实，尽管支配它们的MNs所在的的外侧运动柱存在MN损失证据，但这些运动池的MNs并未丢失。基于这些肢体观察，研究人员断言，特定池中脆弱快速易疲劳MNs与有抵抗力慢速和快速疲劳抵抗MNs的比例决定了该池是否会发生显著MN损失，注意到具有混合或主要快速易疲劳单位的运动单位（如膈肌、腓肠肌、喉部、胫骨前肌和舌）表现出MN死亡。
脑干、颈髓和腰髓评估的纳入引发了哪些运动池更受老龄化影响的问题。研究结果表明，MN损失发生在所有脑干、颈髓和腰髓运动区域。总体而言，研究倾向于报告老年人类颈髓和腰髓MN普遍损失（7项中的6项），大鼠（4项中的3项）；而在小鼠中，腰髓MN普遍损失并不明确（6项中的3项）。在脊髓研究中，特定池标记时比较通常由慢速和快速疲劳抵抗运动单位组成的运动池与主要由快速易疲劳单位组成的运动池。三项此类研究涉及同一大鼠中有和没有老龄化损失的MN池。在脑干中，9项大鼠研究中的7项和2项小鼠研究中的1项观察到MN损失，与脊髓结果一致。小鼠中MN损失发生率降低与NMJ缺陷是老年小鼠神经运动衰退的主要驱动因素以及小鼠ALS模型中的主要驱动因素一致。
**4.3 未来方向**
关于老龄化MN损失的主要待解决问题是特定MN类型是否脆弱，以及哪些病理生理机制导致其退行性变和死亡。如果MN死亡是类型特异性的，那么理想情况下这种机制将对MN类型具有选择性，而非泛MN同质性疾病。相反，有抵抗力MNs中可能存在抵抗导致MN死亡的任何扰动的因素。
迄今，一些尝试已超越尺寸对MN类型进行表征，其中不适当的切片方向和脂褐素积累可能混淆胞体大小估计。然而，与肌球蛋白重链明确的肌纤维类型分子标志物不同，快速易疲劳MNs的分子标志物（在ALS MN类型脆弱性方面似乎有前景）尚未完全表征其遵循大小原则的情况。这听起来可能微不足道，但这些分子标志物的表达在MN死亡情景中是否被抑制，或表达这些标志物的MNs是否死亡，仍属未知。快速易疲劳MNs（通过尺寸和分子标志物测定）是否跨肢体和吞咽气动肌肉均脆弱，仍是一个重大未决问题。
老龄化神经退行性变的主要病理生理机制假说集中于炎症和线粒体功能障碍，所有已知在ALS MN退行性变中起关键作用的因素。在人类和大鼠研究中，研究人员和其他人显示全身"炎性衰老"即增加的炎性细胞因子存在于血清中，也存在于神经组织和横纹肌中。在F344大鼠中，这种全身炎性细胞因子的升高足以诱发大直径、可能为快速易疲劳MNs的结构和功能性线粒体变化，始于中老年晚期并持续至老年，其中死后MN线粒体功能评估显示类似缺陷。值得注意的是，这些较大MNs中的线粒体缺陷可能导致MN死亡，并发生在快速易疲劳IIx/b型肌纤维类似线粒体变化之前。MN树突中也观察到线粒体退行性变，这是突触输入整合发生的部位，将线粒体功能障碍与MN死亡前缓慢下降的神经运动功能长期前驱期联系起来。这一病理生理学框架的优势在于其对较大MNs具有选择性，同时仍与其他提出的老龄化MN死亡贡献因素兼容，如脂褐素积累、神经营养因子下降和蛋白质稳态失调。
评估MN死亡时，需要避免的主要实验设计问题是受试者间变异性和受试者内变异性。Ferruci等提供了展示这些原则如何应用于MN数量估计的优秀综述。简言之，前者可通过充分的研究效能来缓解，这通常需要相对适量的近交或远交大鼠，基于年轻受试者估计的变异性。当然，在人类研究中，变异性可能增加且不受研究者控制，必须纳入设计/招募中考量。如果老年受试者有限，可通过先验方式增加"年轻"组规模来应对。相比之下，受试者内变异性完全在研究者的控制范围内，通过充分的样本内评估来减少，理想情况下采用系统随机抽样的立体学范式。作为经验法则，使用立体学方法时约150-200个单个MN"计数"通常足以最小化样本内变异性。由于运动池内的变异性，每切片密度估计通常不足以解释结构内的解剖学变化。例如，5个单独样本切片需要每切片>30个MNs才被视为勉强足够的样本"计数"，且可能不足以充分取样解剖结构，特别是在高度变异的区域。重要的是，脊髓中MN尺寸在横断面上不会是确定性的，任何尺寸依赖性（或缺乏）应谨慎解释。在肌肉内标记逆行标记特定MNs的情况下，NMJ的完整性必须用以限定MN损失幅度的解释，同一运动池中神经残端方法显示的MN死亡少于NMJ依赖方法。
