间歇性缺氧加剧脂多糖诱导的神经行为异常：神经炎症和突触相关蛋白的作用

《Brain and Behavior》：Intermittent Hypoxia Exacerbates Lipopolysaccharide-Induced Neurobehavioral Abnormalities: The Role of Neuroinflammation and Synaptic-Related Proteins

　　

背景：脓毒症是一种临床上常见于严重创伤或感染性疾病患者的全身性炎症性疾病。脂多糖（LPS）是研究感染相关神经炎症和行为变化的经典工具。研究表明，LPS可诱导外周炎症和神经炎症，导致突触功能障碍和神经行为异常。此外，研究提示应激可增加对炎症的易感性。间歇性缺氧（IH）是阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的核心病理特征，可诱导中枢神经系统的低度慢性炎症。目的：本研究探讨间歇性缺氧是否会加剧LPS诱导的认知障碍、抑郁和焦虑样行为，并探索其潜在机制。方法：研究人员对成年小鼠单独给予LPS处理或联合每日8小时间歇性缺氧（通过缺氧舱）。采用悬尾实验、强迫游泳实验、高架十字迷宫实验和旷场实验评估抑郁和焦虑样行为。通过Morris水迷宫实验测量空间学习和记忆能力。分别使用酶联免疫吸附测定、蛋白质免疫印迹和实时荧光定量PCR检测促炎细胞因子以及突触相关蛋白的基因和蛋白水平。结果：LPS诱导成年雄性小鼠出现认知功能受损、抑郁样和焦虑样行为增加、促炎细胞因子升高，以及突触相关蛋白——25 kDa突触体相关蛋白（SNAP-25）、突触结合蛋白-1（SYT1）、突触素（SYN）和突触后致密蛋白-95（PSD-95）的mRNA和蛋白水平降低。间歇性缺氧加剧了这些不良效应。结论：间歇性缺氧加剧LPS诱导的神经行为异常，这与神经炎症和突触相关蛋白的改变有关。

论文解读：间歇性缺氧加剧脂多糖诱导的神经行为异常的机制研究

脓毒症（sepsis）是感染引发的全身性炎症反应综合征，可导致多系统损伤，其中中枢神经系统尤为脆弱，易出现神经炎症、血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）破坏、胶质细胞激活及突触功能障碍，进而引发认知衰退和情绪异常。脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）作为Toll样受体4（Toll-like receptor 4, TLR4）激动剂，常用于模拟感染相关神经炎症及行为改变。既往研究显示，LPS可诱导外周和中枢炎症，导致突触蛋白（如SNAP-25、SYT1、SYN和PSD-95）下调，最终引发抑郁、焦虑样行为及学习记忆缺陷。此外，各种应激因素（如高血糖、社会挫败）可增加炎症易感性，加剧LPS的神经毒性。间歇性缺氧（intermittent hypoxia, IH）是阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome, OSA）的核心病理特征，可诱发中枢低度慢性炎症。然而，IH是否加剧LPS诱导的神经行为异常及其机制尚不明确。为此，Y.-Z. D等研究人员采用成年雄性C57BL/6J小鼠，建立LPS诱导的脓毒症模型和IH模拟的OSA模型，旨在探究IH对LPS诱发的情绪和认知障碍的影响，并验证其是否与海马神经炎症和突触相关蛋白改变有关。该研究为理解应激与免疫双重打击下的神经病理机制提供了新视角，提示OSA患者的情绪和认知功能值得临床关注，靶向炎症干预可能具有治疗潜力。论文发表在《Brain and Behavior》。

主要技术方法概述：研究人员使用北京维通利华实验动物技术有限公司（上海，中国）提供的成年雄性C57BL/6J小鼠，随机分为常氧对照组（NX+CON）、常氧+LPS组（NX+LPS）、IH+对照组（IH+CON）和IH+LPS组（IH+LPS）。LPS（250 μg/kg）腹腔注射9天，IH处理（7% FiO₂，20循环/小时，每日8小时）持续4周。行为学评估采用旷场实验（open field test, OFT）和高架十字迷宫实验（elevated plus maze, EPM）检测焦虑样行为；悬尾实验（tail suspension test, TST）和强迫游泳实验（forced swim test, FST）检测抑郁样行为；Morris水迷宫（Morris water maze, MWM）检测空间学习和记忆。海马组织通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α水平；实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测突触相关基因SNAP-25、SYT1、SYN、PSD-95 mRNA表达；蛋白质免疫印迹（Western blotting）检测相应蛋白水平；免疫荧光染色观察胶质细胞标志物Iba-1（小胶质细胞）和GFAP（星形胶质细胞）的激活情况。

研究结果：

3.1 IH对LPS诱导的焦虑样行为的影响：通过旷场实验，LPS组小鼠在中心区域停留时间、运动距离和进入次数较NX+CON组显著减少；IH+LPS组这些指标进一步低于NX+LPS组和IH+CON组，而总运动距离无组间差异。高架十字迷宫实验中，LPS组开放臂停留时间和进入次数减少，IH+LPS组降低更显著。表明IH加剧LPS诱导的焦虑样行为。

3.2 IH对LPS诱导的抑郁样行为的影响：悬尾实验中，LPS组不动时间较NX+CON组延长；IH+LPS组不动时间较NX+LPS组进一步增加。强迫游泳实验获得一致结果。表明IH加剧LPS诱导的抑郁样行为。

3.3 IH对LPS诱导的学习记忆功能障碍的影响：3.3.1 学习阶段：Morris水迷宫训练期间，LPS组逃避潜伏期和游泳距离较NX+CON组增加；IH+LPS组较NX+LPS组进一步延长，游泳速度无差异。3.3.2 记忆阶段：探针测试中，LPS组在目标象限停留时间百分比和运动距离百分比减少；IH+LPS组较NX+LPS组进一步降低。表明IH加剧LPS诱导的空间学习和记忆缺陷。

3.4 IH对LPS诱导的海马胶质细胞激活和促炎细胞因子升高的影响：免疫荧光显示，海马CA1区GFAP阳性星形胶质细胞和Iba-1阳性小胶质细胞数量在LPS组显著增加，IH+LPS组进一步增加（较NX+LPS组）。ELISA检测显示，海马IL-1β、IL-6和TNF-α浓度在LPS组升高，IH+LPS组较NX+LPS组进一步升高。表明IH加剧LPS诱导的神经炎症反应。

3.5 IH对LPS诱导的突触相关蛋白mRNA水平改变的影响：RT-qPCR显示，LPS组海马SNAP-25、SYT1、SYN、PSD-95的mRNA水平较NX+CON组降低；IH+LPS组较NX+LPS组进一步降低。表明IH加剧LPS对突触相关基因转录的下调。

3.6 IH对LPS诱导的突触相关蛋白蛋白水平改变的影响：Western blotting显示，LPS组海马SNAP-25、SYT1、SYN、PSD-95蛋白水平较NX+CON组降低；IH+LPS组较NX+LPS组进一步降低。表明IH加剧LPS对突触相关蛋白翻译的下调。

讨论部分总结：研究人员指出，LPS通过激活TLR4信号通路、促进胶质细胞释放促炎因子，并抑制突触蛋白表达，导致情绪和认知障碍。慢性IH作为低度炎症应激，通过诱导小胶质细胞M1型极化、激活HIF-1α信号通路、增加BBB通透性等方式，进一步放大LPS的神经炎症反应，从而加剧海马突触蛋白（SNAP-25、SYT1、SYN、PSD-95）的减少。这些突触蛋白对维持树突棘结构、突触囊泡 docking和神经递质受体锚定至关重要，其下调直接损害突触传递效率和神经环路连接，尤其是海马-内侧前额叶皮层-杏仁核情绪调控回路的失衡，最终表现为抑郁、焦虑样行为和认知缺陷。该研究局限性包括：仅检测海马区域，未涉及杏仁核、前额叶等脑区；未使用药理学方法抑制炎症以验证因果性；未探讨性别差异；未通过免疫组化定位突触蛋白