高脂饮食摄入诱导幼年大鼠杏仁核神经炎症并改变多巴胺能系统

《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：High-fat diet intake induces neuroinflammation and alters the dopaminergic system in the amygdala of juvenile rats

　　

高脂饮食（high-fat diet, HFD）摄入在青少年期日益普遍，并与神经炎症及杏仁核依赖性行为改变相关。由于杏仁核在整个青少年期持续成熟，该时期构成了对饮食和炎症挑战的易感窗口。除在应激反应中的作用外，杏仁核还参与食欲行为，并接受调节摄食相关过程的单胺能输入。尽管HFD诱导的杏仁核神经炎症可能改变这些功能，但其效应在不同发育阶段之间的差异仍知之甚少。研究人员比较了幼年大鼠和成年大鼠（jHFD和aHFD）接受4周HFD暴露的效果。两组均表现出中度食欲亢进。在幼年大鼠中，HFD降低了循环皮质酮水平和基底外侧杏仁核（basolateral amygdala, BLA）中糖皮质激素受体的免疫反应性，这可能削弱糖皮质激素介导的炎症调节，并促成增强的神经炎症反应。相应地，jHFD大鼠表现出循环白细胞介素-1β（interleukin-1β, IL-1β）升高、杏仁核促炎细胞因子水平增加，以及BLA中离子化钙结合适配器蛋白-1（ionized calcium-binding adaptor protein-1, Iba-1）阳性髓系细胞反应性增强。此外，jHFD大鼠表现出多巴胺周转降低和BLA中多巴胺D2受体（dopamine D2 receptor, D2R）免疫反应性增加。在成年大鼠中，HFD与胶质细胞形态学改变相关，但未观察到幼年大鼠中活动性神经炎症的分子特征。因此，幼年大鼠对HFD诱导的杏仁核神经炎症和多巴胺能信号改变表现出更大的易感性。尽管存在这些神经生物学差异，两个年龄组均发展出相当的食欲亢进，提示这些杏仁核改变可能不足以解释该条件下的食物摄入增加。这些发现凸显了发育期HFD暴露相关的神经免疫易感性，并揭示了HFD在青少年期（一个对情绪相关障碍高度易感的时期）对杏仁核功能的年龄依赖性效应。

高脂饮食摄入诱导幼年大鼠杏仁核神经炎症并改变多巴胺能系统的研究解读

一、研究背景与问题

青少年期是大脑发育的关键时期，杏仁核在此阶段经历显著的成熟过程，包括与其它脑区连接的精细化重塑，这一发育特征可能增加其对环境挑战的敏感性。流行病学资料显示，青少年期人群普遍增加对可口高能量密度食物（尤其是高脂食物）的消费。动物实验证据表明，青春期前后暴露于致肥胖饮食可诱发持续的神经行为改变，并增加后期罹患精神疾病的风险。高脂饮食与多个脑区的神经炎症相关，即使在体重未增加的情况下，饱和脂肪酸仍可促进神经炎症——一种以促炎细胞因子（主要是白细胞介素-1β（interleukin-1β, IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）和白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6））中枢水平升高为特征的病理状态，这些细胞因子由反应性胶质细胞产生。

杏仁核日益被认识到是食物动机和奖赏神经环路的重要组成部分。基底外侧杏仁核（basolateral amygdala, BLA）参与影响食物相关决策的动机和学习过程，其向外侧下丘脑的投射可促进非稳态需求状态下的摄食行为。然而，现有研究多聚焦于杏仁核神经炎症对厌恶记忆形成的影响，对其在摄食相关过程中潜在作用的探索相对不足。此外，高脂饮食暴露与杏仁核单胺能信号改变相关，包括多巴胺（dopamine, DA）、5-羟色胺（serotonin, 5-HT）和去甲肾上腺素（noradrenaline, NA），这些改变与啮齿动物的行为和厌恶记忆变化有关。杏仁核的单胺能信号和炎症过程也与应激调节机制密切相关——幼年期高脂饮食暴露可改变应激的生理和行为反应，而杏仁核参与下丘脑-垂体-肾上腺（hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA）轴活性的调节。尽管已有证据表明高脂饮食改变杏仁核的炎症、应激相关和单胺能过程，但这些效应是否随发育阶段不同而异，以及是否与摄食行为改变相关联，仍不清楚。

二、研究方法概述

该研究使用雄性Wistar大鼠，幼年组（3周龄）和成年组（10周龄）各20只，分别给予高脂饮食（高脂饮食（high-fat diet, HFD），60%千卡来自脂肪）或对照饮食（10%千卡来自脂肪，蔗糖匹配）4周，每组10只。主要技术方法包括：酶联免疫吸附测定（enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）检测血清皮质酮浓度；荧光免疫组织化学结合共聚焦显微镜成像分析BLA中糖皮质激素受体（glucocorticoid receptor, GR）、IL-1β、多巴胺D2受体（dopamine D2 receptor, D2R）、离子化钙结合适配器蛋白-1（ionized calcium-binding adaptor protein-1, Iba-1）和胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）的免疫反应性及胶质细胞形态学（采用Ca/Pa突起指数评估去分支化程度）；流式细胞术使用LEGENDplex大鼠炎症panel检测血清和杏仁核组织中6种细胞因子（干扰素-γ（interferon-γ, IFN-γ）、单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1）、TNF-α、IL-1β、IL-1α和IL-6）水平；高效液相色谱（high-performance liquid chromatography, HPLC）结合电化学检测定量杏仁核组织中单胺类神经递质及其代谢物水平。数据采用双因素方差分析（年龄×饮食）进行统计。

三、研究结果

1. HFD增加热量摄入但不改变体重：两组HFD喂养大鼠在整个实验期间均表现出总体热量摄入增加，但体重增长与对照组无显著差异。幼年HFD（juvenile HFD, jHFD）组在实验最后一周热量摄入显著高于幼年对照（juvenile control, jC）组（321.3 ± 9.5 vs. 285.5 ± 6.3千卡/千克体重，P<0.05）。

2. 年龄调节HFD对应激相关参数的影响：jHFD组血清皮质酮水平较jC组降低两倍以上（55.5 ± 17 vs. 191.6 ± 52 ng/mL，P<0.05），成年组无显著变化。jHFD组BLA中GR阳性细胞密度较jC组显著降低25%（P<0.05），成年HFD（adult HFD, aHFD）组无变化。

3. HFD摄入与杏仁核单胺能标志物的年龄依赖性改变相关：jHFD组杏仁核DA水平较jC组升高约两倍（22.9 ± 2.6 vs. 8.1 ± 0.9 pg/mg湿组织，P<0.001），DA周转率（DOPAC/DA比值）降低70%（P<0.05）。对照条件下，幼年大鼠DA含量低于成年大鼠。jHFD组BLA中D2R免疫反应性较jC组增加46%（P<0.05），而aHFD组较成年对照（adult control, aC）组降低30%（P<0.01）。5-HT、NA及其代谢物无显著组间差异。

4. HFD在幼年大鼠杏仁核诱导促炎谱但全身炎症有限：血清细胞因子谱中，仅jHFD组IL-1β水平较jC组升高两倍（P<0.05）。杏仁核组织中，jHFD组几乎所有检测的细胞因子（MCP-1、TNF-α、IL-1β、IL-1α、IL-6）均显著升高，且显著高于aHFD组。jHFD组BLA中IL-1β免疫反应性较jC组增加62%（P<0.001），并较aHFD组升高两倍以上（P<0.001）。

5. 胶质细胞活化受年龄差异调节，幼年大鼠Iba-1阳性髓系细胞对HFD更敏感：HFD喂养导致两个年龄组GFAP阳性星形胶质细胞密度均降低约两倍（饮食主效应P<0.01），jHFD组GFAP免疫反应性面积较jC组减少40%（P<0.05）。aHFD组星形胶质细胞表现出去分支化形态（突起指数较aC组升高10%）。微胶质细胞方面，aHFD组Iba-1阳性细胞数较aC组减少（P<0.05），而jHFD组Iba-1免疫反应性面积较jC组增加66%，aHFD组较aC组减少37%（P<0.05）。aHFD组微胶质细胞表现出去分支化形态，突起指数高于aC组和jHFD组。

四、讨论与结论

本研究揭示了高脂饮食对幼年和成年大鼠杏仁核神经炎症和多巴胺能系统的差异性影响。jHFD大鼠表现出更为显著的神经炎症特征——循环IL-1β升高、杏仁核多种促炎细胞因子水平增加、BLA中Iba-1阳性反应性微胶质细胞增多和IL-1β表达升高，同时伴有GFAP阳性星形胶质细胞减少。相比之下，aHFD大鼠仅表现出胶质细胞形态学改变，而无活动性神经炎症的分子特征，提示其可能处于胶质细胞重塑或炎症消退的后期阶段。这些分化性炎症谱支持青少年期是HFD摄入所致神经免疫易感性增加的时期。

研究还发现，jHFD大鼠BLA中DA水平升高、DA周转率降低以及D2R免疫反应性增加，提示多巴胺能通路的下调，这可能代表对反复可口食物摄入的代偿性适应。成年大鼠BLA中D2R表达的降低可能反映奖赏敏感性的下降。jHFD大鼠同时表现出循环皮质酮和BLA中GR表达的降低，可能削弱糖皮质激素对胶质细胞炎症反应的抑制性调节，从而促成增强的神经炎症表型。尽管两个年龄组均发展出相当程度的食欲亢进，但幼年大鼠更显著的神经炎症改变提示这些杏仁核变化并非单纯由食物摄入增加所致，而是反映发育期大脑对HFD代谢和内分泌后果的更大易感性。

总之，这些发现强调青少年期是大脑发育的易感窗口期，HFD摄入可能通过诱导杏仁核神经炎症和多巴胺能系统改变而影响大脑功能，鉴于杏仁核神经炎症与精神疾病之间的既定关联，这一发现具有重要的临床和公共卫生意义。