皮质酮介导的小胶质细胞活性驱动氯胺酮麻醉后性别二态性神经可塑性

《SCIENCE ADVANCES》：Corticosterone-linked microglial activity underpins sexually dimorphic neuroplasticity after ketamine anesthesia

　　

麻醉恢复对恢复正常的生理和神经元功能至关重要，然而，其涉及的机制仍不清楚。在此，研究人员在氯胺酮麻醉恢复期间识别出一种雌性选择性的皮质酮介导的小胶质细胞-神经元相互作用，这在雄性中缺失。这种小胶质细胞-神经元相互作用诱导可塑性和功能性神经元变化，表现为微小兴奋性突触后电流（mEPSC）频率的增加，而小胶质细胞耗竭则消除了这一效应。研究人员表明，该过程是通过雌性小胶质细胞中应激反应性共伴侣蛋白Fkbp5 mRNA及其蛋白Fkbp51的上调驱动的。Fkbp5/Fkbp51是皮质类固醇诱导的应激反应中的关键中介，其参与指向内分泌信号与小胶质细胞之间的关键界面。为对抗观察到的氯胺酮麻醉恢复期间血中皮质酮的增加，研究人员通过肾上腺切除术去除了皮质酮的主要来源。紧密的小胶质细胞-神经元相互作用减少，而在皮质酮注射后又再次增加。研究人员的发现识别了一种由皮质酮驱动的、在麻醉恢复期间性别特异性小胶质细胞介导的神经元可塑性机制，从而增强了对脑功能中性别差异的理解。

**研究背景与问题：**
麻醉恢复是恢复生理和神经元功能的关键过程，但其机制仍不明确。氯胺酮（ketamine）作为N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体拮抗剂，具有独特的药理学特性，但既往研究发现氯胺酮麻醉可诱导初级视觉皮层中幼年样可塑性，并仅在雌性中引起轻度焦虑样行为，提示麻醉恢复存在内在性别差异。小胶质细胞（microglia）作为脑内免疫细胞，可响应环境变化影响突触结构和神经元放电，且其功能存在性别差异。然而，氯胺酮麻醉恢复期间性别特异性小胶质细胞-神经元相互作用的机制尚不清楚。本研究旨在探讨氯胺酮麻醉恢复过程中是否存在性别特异性小胶质细胞介导的神经可塑性，并揭示其分子驱动因素。

**研究概述与意义：**
研究人员使用氯胺酮-赛拉嗪-乙酰丙嗪（KXA）麻醉小鼠模型，发现仅在雌性小鼠中，恢复期出现皮质酮（corticosterone）介导的小胶质细胞-神经元相互作用，雄性小鼠中缺失。该相互作用通过小胶质细胞中应激反应性共伴侣蛋白Fkbp5/Fkbp51的上调驱动，导致突触密度增加和神经元放电增强。肾上腺切除术去除皮质酮来源后，该相互作用减弱，而皮质酮补充后可恢复。研究揭示了皮质酮驱动的性别特异性小胶质细胞介导的神经可塑性机制，为理解脑功能性别差异提供了新视角。论文发表在《SCIENCE ADVANCES》。

**主要技术方法：**
研究人员使用单细胞多组学测序（single-nucleus multiome sequencing）分析雌性小鼠初级视觉皮层细胞转录组；体内双光子成像（in vivo two-photon imaging）通过颅窗观察小胶质细胞-神经元动态接触；荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization）验证Fkbp5 mRNA在小胶质细胞中的表达；免疫组化（immunohistochemistry）检测CD68和Fkbp51蛋白水平；离体脑片电生理记录（slice electrophysiology）测量微小兴奋性突触后电流（mEPSC）；采用Cx3cr1CreERT2×Fkbp5flox/flox小鼠实现小胶质细胞特异性Fkbp5基因敲除；使用PLX5622（CSF1R阻断剂）实现小胶质细胞耗竭；通过肾上腺切除术（adrenalectomy）去除皮质酮来源；利用TRAP2小鼠系进行神经元活性捕获。样本来源为C57BL/6J小鼠（8-12周龄，雌雄各半），购自Jackson Laboratory。

**研究结果：**
**1. Microglia-enabled neuronal network adaptation upon KXA recovery only in females**
通过体内双光子成像和免疫组化，研究人员发现仅在雌性小鼠中，KXA麻醉恢复期小胶质细胞与神经元树突接触显著增加，伴随CD68（溶酶体标记物）上调和形态学改变。电生理记录显示雌性小鼠mEPSC频率增加，小胶质细胞耗竭后该效应消失，表明小胶质细胞介导了雌性特异性神经可塑性。

**2. KXA affects genes associated with the glucocorticoid pathway**
通过单细胞多组学测序，研究人员发现KXA处理仅显著上调非神经元细胞（星形胶质细胞和小胶质细胞）中Fkbp5等基因，这些基因与糖皮质激素通路相关。荧光原位杂交和免疫组化验证了雌性小胶质细胞中Fkbp5 mRNA和Fkbp51蛋白的特异性上调。

**3. Fkbp5 links to the female microglia-enabled effect on neuronal plasticity**
使用Fkbp51抑制剂SAFit2或小胶质细胞特异性Fkbp5基因敲除小鼠，研究人员发现KXA诱导的CD68上调和形态学改变被抑制，且mEPSC频率增加效应消失，证实Fkbp5/Fkbp51是雌性小胶质细胞介导神经可塑性的关键分子。

**4. Corticosterone as a driver of sex-specific microglia-mediated effects**
TRAP2实验显示KXA恢复期雌性小鼠下丘脑室旁核（PVN）活性神经元显著多于雄性，且血浆皮质酮水平在2小时时仅雌性升高约3倍。肾上腺切除术消除了KXA诱导的Fkbp51和CD68上调，并减少了小胶质细胞-神经元接触；补充皮质酮后接触恢复，且雄性小鼠接受皮质酮后也出现类似接触增加。此外，去甲肾上腺素（norepinephrine）传感器成像显示雌性恢复期去甲肾上腺素释放增加，提示两种神经调节系统协同作用。

**讨论与结论：**
讨论部分指出，本研究揭示了氯胺酮麻醉恢复中雌性特异性小胶质细胞-神经元相互作用由皮质酮通过Fkbp5/Fkbp51通路驱动，并影响突触可塑性。该过程与去甲肾上腺素系统可能协同，且雌性小胶质细胞对皮质酮的响应与性别激素和神经递质相互作用有关。研究结论：总之，本研究强调了成年脑麻醉恢复中由糖皮质激素通路介导的显著性别特异性小胶质细胞-神经元相互作用。研究人员的发现表明，循环性激素并非造成差异的唯一因素，小胶质细胞作为内分泌应激反应与脑免疫细胞系统之间的界面发挥作用。