hemokinin-1对小鼠年龄依赖性空间记忆和注意力下降的保护作用

《GeroScience》：Protective role of hemokinin-1 against age-dependent spatial memory and attention decline in mice

　　

年龄相关的认知衰退（age-related cognitive decline）是一个重大的社会和医学挑战，但其机制仍知之甚少；预防和治疗效果不佳。速激肽（tachykinin）血激肽-1（hemokinin-1, HK-1），由Tac4基因编码，在涉及学习和记忆的脑区表达，并已被证明参与神经免疫调节（neuroimmune regulation），但其对年龄依赖性认知障碍（age-dependent cognitive impairment）的贡献仍不清楚。在此，研究人员研究了内源性HK-1是否调节老化过程中的认知表现。研究人员检查了年轻（3–5个月）、中年（12–15个月）和老年（18–20个月）的雄性和雌性C57BL/6J野生型（wildtype, WT）和HK-1缺陷小鼠，采用互补的纵向和横断面研究范式。通过Barnes迷宫（Barnes maze）、放射臂迷宫（radial arm maze）、Y迷宫自发交替（Y-maze spontaneous alternation）和位置识别（place recognition）测试评估空间学习和记忆。通过5-选择序列反应时间任务（5-choice serial-reaction time task, 5-CSRTT）检查注意力和操作性学习，通过新物体识别测试（novel object recognition test）检查物体识别记忆，通过恐惧条件反射（fear conditioning）检查厌恶联想记忆。年轻小鼠（无论性别和基因型）通常能获得空间任务，但HK-1依赖性缺陷随年龄和任务复杂性而出现。HK-1缺陷小鼠在Barnes迷宫中表现出长期空间记忆受损，以及较差的5-CSRTT表现，表明空间记忆保持、注意力和强化学习（reinforcement-based learning）存在缺陷。在放射臂迷宫中，中年雌性和老年雄性敲除（knockout, KO）小鼠显示记忆错误增加和奖励获取减少。敲除雄性在恐惧条件反射中也表现出冻结减少，提示较弱的厌恶记忆。相比之下，Y迷宫自发交替和新物体识别未显示稳健的基因型依赖性损伤。这些发现表明，HK-1有助于维持老化过程中的认知表现。

**论文解读：血激肽-1在年龄依赖性认知衰退中的保护作用**

**研究背景与科学问题**

年龄相关的认知衰退（age-related cognitive decline）是全球面临的重大社会和医学挑战，其病理机制尚不完全清楚，目前可用的药物治疗效果有限。神经炎症（neuroinflammation）被认为在认知衰退中起关键作用，而神经肽（neuropeptide）作为重要的调节因子越来越受到关注。速激肽家族（tachykinin family）成员如P物质（substance P, SP）已被证实参与记忆巩固，但最新成员血激肽-1（hemokinin-1, HK-1）在年龄依赖性认知功能中的作用尚不明确。HK-1由Tac4基因编码，在多个与学习和记忆相关的大脑区域（如皮层、海马、杏仁核和小脑）中表达，并参与神经免疫调节。然而，内源性HK-1是否影响老化过程中的认知表现，以及其性别差异如何，仍缺乏研究。为此，研究人员利用HK-1缺陷（Tac4基因敲除）小鼠，系统探讨了HK-1在年龄相关认知变化中的作用，以期揭示新的分子靶点。

**研究设计与主要结论**

本研究采用了纵向和横断面两种互补的衰老范式，对年轻（3–5个月）、中年（12–15个月）和老年（18–20个月）的雄性和雌性C57BL/6J野生型（wildtype, WT）及HK-1缺陷（Tac4^?/?）小鼠进行了全面的认知功能评估。研究结果表明，HK-1对维持老化过程中的空间记忆、注意力和情绪记忆具有保护作用。具体而言，HK-1缺陷小鼠在Barnes迷宫（Barnes maze）的长期记忆保持测试中表现更差，在5-选择序列反应时间任务（5-choice serial-reaction time task, 5-CSRTT）中未能达到最高学习阶段，并在放射臂迷宫（radial arm maze）中表现出更多记忆错误和奖励获取减少，尤其在中年雌性和老年雄性中更为明显。此外，敲除雄性在恐惧条件反射（fear conditioning）中表现出较弱的恐惧记忆。这些发现首次在体内证实了HK-1在年龄相关认知变化中的调节作用，表明其可能作为认知衰退的潜在保护因子。该论文发表在《GeroScience》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用了多个行为学测试范式，涵盖不同认知域。样本来源：动物为C57BL/6J背景的Tac4基因敲除小鼠和野生型对照，由匈牙利佩奇大学（University of Pécs, UP）和塞梅尔维斯大学（Semmelweis University, SU）两个机构饲养。关键技术包括：1) Barnes迷宫（用于评估空间学习和长期记忆，包括获得、反转、一周保持和长期保持阶段）；2) 5-选择序列反应时间任务（5-CSRTT，用于评估注意力和操作性学习，通过触摸屏训练逐步增加难度）；3) 放射臂迷宫（用于评估空间工作记忆和参考记忆，记录工作记忆错误、参考记忆错误和遗漏奖励）；4) 恐惧条件反射（用于评估厌恶联想记忆，记录冻结时间）；5) 新物体识别（novel object recognition, NOR）和位置识别（place recognition, PR）测试（用于评估物体识别记忆和空间识别记忆）；6) Y迷宫自发交替（用于评估空间工作记忆）。所有数据采用重复测量方差分析（repeated-measures ANOVA）或双因素方差分析（two-way ANOVA）进行统计处理。

**研究结果**

**Barnes迷宫（空间学习与记忆）**
在纵向研究中，通过分析找到目标孔的潜伏期、行走距离、初始误差等变量，发现所有组在获得阶段均能学会目标位置，反转后重新学习。然而，在长期保持测试（10个月后）中，HK-1缺陷小鼠（KO）的潜伏期显著长于WT小鼠，而初始误差无显著差异，表明KO小鼠在纠正位置错误并找到正确孔时需要更多时间，支持HK-1对长期空间记忆的保护作用。

**5-选择序列反应时间任务（注意力和操作性学习）**
学习曲线显示，WT雄性小鼠学习最快，在约25.6天达到中间阶段，而KO雄性（37.8天）和所有雌性（约50天）更慢。WT小鼠最终达到最高阶段，而KO小鼠（无论性别）均未能达到最高阶段，平均最大阶段约5.44（雄性）和4.88（雌性）。这表明HK-1缺失导致注意力和反应控制能力受损。

**放射臂迷宫（空间工作记忆和参考记忆）**
横断面研究中，中年（12–15个月）雌性KO小鼠的工作记忆错误和遗漏奖励显著高于同龄WT，而年轻（3–5个月）KO小鼠的参考记忆错误较低。老年（18–20个月）雄性KO小鼠的参考记忆错误、遗漏奖励和总错误均显著高于年轻KO小鼠和同龄WT。这些结果表明HK-1缺陷增加了年龄相关空间记忆损伤的易感性。

**恐惧条件反射（厌恶记忆）**
在纵向研究中，所有组在保持测试中均表现出显著的冻结时间，但KO雄性在获得和保持阶段均未表现出显著冻结增加，其恐惧记忆显著弱于其他组。该差异在5周后仍持续，表明HK-1缺失导致雄性小鼠恐惧记忆巩固受损。

**新物体识别（物体识别记忆）**
横断面研究中，年轻WT小鼠的辨别指数（discrimination index, DI）接近零，而KO小鼠的DI显著高于零。中年组中仅KO雄性DI显著高于零，老年组中仅WT雌性DI显著低于零。未检测到显著的年龄×基因型交互作用，表明该测试对HK-1依赖性差异不敏感。

**位置识别（空间识别记忆）**
纵向研究中，WT雌性在3个月和5个月时DI较低，而其他组DI较高（>0.22）。重复测量方差分析仅显示显著性别效应（雄性DI更高），无基因型效应。

**Y迷宫自发交替（空间工作记忆）**
纵向和横断面研究中均未观察到基因型或性别间的显著差异，仅横断面中老年KO雌性的自发交替率略低于年轻KO雌性（p=0.0430），表明该测试对HK-1相关变化不敏感。

**讨论与结论**

讨论部分指出，HK-1缺失导致的最一致缺陷出现在5-CSRTT和Barnes迷宫长期保持测试中，同时放射臂迷宫和恐惧条件反射也显示基因型依赖性缺陷。这些结果支持内源性HK-1在特定认知域（注意力、空间记忆、恐惧记忆）中发挥保护作用。与P物质（SP）类似，HK-1可能通过速激肽NK1受体（tachykinin NK1 receptor）调节记忆功能。性别差异可能与胆碱能（cholinergic）和GABA能系统（GABAergic system）的性别特异性神经化学变化、星形胶质细胞（astrocyte）介导的谷氨酸能突触消除、以及大麻素受体1型（cannabinoid receptor type 1, CB1）的性别依赖性调节有关。此外，HK-1在胆碱能和GABA能神经元中的表达可能直接参与这些过程。研究结论：纵向和横断面衰老范式提供了互补信息，表明HK-1缺失与认知功能下降相关，尤其在注意力和长期空间记忆方面。这些发现揭示了HK-1作为年龄相关认知衰退保护因子的潜力，但需进一步研究其作用机制、性别差异及具体作用位点。同时，强调了使用多种行为测试、两性动物和互补研究设计在评估神经肽依赖性效应中的重要性。