小鼠在急性与慢性束缚压力下表现出性别特异性的神经激活反应

《Physiology & Behavior》:Sex-Specific Neural Activation in Response to Acute and Chronic Restraint Stress in Mice

【字体: 时间:2026年04月11日 来源:Physiology & Behavior 2.5

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  本研究通过急性与慢性 restraint 应力刺激,利用c-Fos免疫组化分析雄性及雌性小鼠不同脑区的神经激活模式,发现慢性应激导致多数区域激活减弱,但女性在特定下丘脑及杏仁核区域去敏感化更显著,且皮质酮释放存在性别差异,揭示性别特异性神经适应机制与神经精神疾病易感性的潜在关联。

  
李爱军(Ai-Jun Li)| 梅根·麦格劳(Megan McGraw)| 海莉·兰德斯帕格(Hailey Landsparger)| 劳伦·本杰明(Lauren Benjamin)| 艾米丽·夸尔斯-克里克莫尔(Emily Qualls-Creekmore)
华盛顿州立大学综合生理学与神经科学系,美国华盛顿州普尔曼

摘要

应激反应对于应对即时威胁和维持生理稳态至关重要。虽然急性应激会激活适应性神经内分泌和行为机制,但慢性应激会导致这些反应的脱敏,破坏激素分泌、神经元活动以及行为。慢性应激是神经精神障碍的一个已知风险因素,其中许多障碍在男性和女性之间的患病率和表现模式存在显著差异。然而,这些性别依赖性效应的神经生物学机制仍不甚明了。本研究探讨了急性应激和慢性应激如何不同地影响雄性和雌性小鼠的神经激活模式,并假设对慢性应激的性别特异性适应可能是导致神经精神障碍易感性的差异原因。我们设置了三个实验组:对照组(无应激)、急性应激组(一小时的限制应激)和慢性应激组(连续十天每天一小时的限制应激)。通过免疫组化技术量化c-Fos的密度来评估神经元活动。急性应激在两种性别中都引发了广泛的神经激活,在丘脑、下丘脑、杏仁核和脑干等区域的c-Fos表达模式存在显著性别差异。慢性应激导致这些区域的大部分神经元活动出现脱敏现象,尤其是雌性小鼠在某些下丘脑和杏仁核区域的脱敏更为明显。尽管如此,应激状态下的雌性小鼠皮质酮释放时间仍然较长,表明HPA轴活动与神经反应之间存在复杂的关系。这些发现表明,限制应激在雄性和雌性中引发的神经反应存在差异,这可能解释了它们对神经精神障碍的性别特异性易感性。了解这些机制有助于开发针对压力相关疾病的靶向干预措施。

引言

急性身体或心理应激会触发一系列反应,以对抗即时威胁、应对压力源并维持身体稳态[[1], [2], [3], [4]]。这些应激反应包括交感-肾上腺髓质系统和下丘脑-垂体-肾上腺系统的反应。临床研究和实验动物模型的研究都表明,急性应激反应在性别之间存在差异[[5], [6], [7], [8]]。此外,反复或慢性应激会导致这些应激反应的脱敏,从大脑中的神经元活动到激素释放[[14], [15], [16], [17], [18]],而且这种脱敏也可能表现出性别依赖性[[19,20]]。应激诱导的脱敏的一个主要特征是,大脑中对应激敏感区域的神经元活动对重复出现的应激刺激的反应性降低。大脑是应激的重要靶标,因为它在感知、传递和整合应激信号以促进全身应激反应中起着关键作用。然而,不同脑区如何协调以适应应激,以及这些过程在慢性应激期间如何发生脱敏,尤其是性别差异在急性应激和慢性应激下的表现,仍不清楚。
慢性应激对身体有显著的负面影响,无论是生理上还是心理上。事实上,长期或反复的身体或心理应激已被证实会导致人类出现神经精神障碍,如焦虑、抑郁、创伤后应激障碍(PTSD)和精神分裂症[[2,4,21,22]]。此外,慢性应激还可能导致中枢神经系统(CNS)以外的系统性疾病,如心血管疾病、胃肠道疾病和代谢功能障碍[[23], [24], [25], [26]]。此外,神经精神障碍在男性和女性中的发病率也有明显差异。男性患注意力缺陷多动障碍和精神分裂症的风险更高[[27,28]],而女性患抑郁症和PTSD的发病率则是男性的两倍[[29,30]]。动物研究的数据也显示,长期的心理社会压力和限制应激会导致啮齿动物出现类似焦虑的行为、类似抑郁的行为和认知障碍[[31], [32], [33], [34]],且这些结果存在性别差异[[35]]。尽管在动物和人类中对急性应激和慢性应激的反应存在这些已知的性别差异,但其背后的机制仍不清楚。
越来越多的文献强调了在分子、激素和行为层面上的性别差异。在分子水平上,人类和啮齿动物模型中,雄性和雌性在应激相关基因的表达上存在差异,包括糖皮质激素受体和促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)等神经肽[[36]]。从激素角度来看,许多啮齿动物研究和部分人类数据表明,下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的调节和反应性在性别之间存在差异,雌性通常对压力源表现出更强烈和更持久的糖皮质激素反应[[37]]。从行为角度来看,这些分子和内分泌差异转化为人类在应激暴露后的不同应对策略、易感性和行为结果[[38]]。尽管越来越认识到这些性别特异性特征,但在慢性应激条件下支持这些特征的神经活动模式仍不清楚,尤其是在与急性应激相比时,慢性应激涉及不同的神经适应过程。
丘脑、杏仁核、中脑和后脑等脑区在应激反应的协调中起着核心作用[[39]]。下丘脑调控HPA轴的激活,杏仁核介导情绪和威胁相关的处理,而中脑和后脑结构则调节应激反应的自主神经和行为成分[[40]]。然而,在反复应激条件下这些区域之间的动态相互作用,以及这些模式在性别之间的差异,仍不甚明了。这一知识空白限制了我们确定导致性别特异性应激相关障碍易感性或抵抗力的神经生物学基础的能力。为了填补这一知识空白,像c-Fos这样的早期响应基因为映射应激下的神经元激活提供了宝贵的工具。作为一种由突触刺激快速上调的转录因子,c-Fos可以在特定时间窗口内可靠地反映神经元激活情况[[41]]。通过定量分析大脑各区域的c-Fos阳性细胞,研究人员可以推断急性应激和慢性应激分别激活了哪些神经回路,并识别性别差异在区域激活模式中的表现。此外,区域间共激活模式和连接性的变化可以揭示功能网络的重组,这是慢性应激诱导的可塑性的标志。研究这些性别依赖性的变化,无论是局部活动还是网络层面的整合,对于理解慢性应激如何不同地影响雄性和雌性的大脑功能至关重要。
本研究旨在探讨急性应激和慢性应激如何影响雄性和雌性小鼠的神经激活模式。我们假设慢性应激会导致神经活动和大脑连接性的性别特异性适应。为此,我们将小鼠暴露于单次限制应激(急性应激)或连续十天的每日限制应激(慢性应激),并通过c-Fos免疫组化技术量化神经元激活情况。我们还测量了皮质酮水平以检查激素反应,并分析了关键脑区中的协同神经激活模式。通过这种方法,我们试图阐明性别依赖性应激反应的神经相关性,并深入了解驱动应激相关疾病性别偏见的机制。

实验细节

实验动物

实验开始时使用的是来自杰克逊实验室(缅因州巴港)的8至9周大的C57BL/6J雄性和雌性小鼠。小鼠生活在21-22°C的环境中,遵循12小时光照/黑暗周期(早上7点开始光照),每笼两只小鼠。雌性小鼠可以自由活动,未监测其发情周期以避免仅对雌性施加额外的压力。除了应激期间外,食物和水始终充足。所有实验程序均符合相关规范。

限制应激后15个脑区的c-Fos表达密度测量

实验的时间线如图1A所示,小鼠接受了连续十天的每日处理(DH)或一小时的限制应激(RS),并在处理后或限制应激后90分钟采集血液样本和脑组织,包括对照组、急性应激组和慢性应激组的雄性和雌性小鼠。使用ELISA测量皮质酮水平,并如图1B所示统计脑区中的c-Fos阳性细胞数量。

慢性应激会导致雄性和雌性的体重下降

每天重复一次

讨论

本研究的结果表明,急性限制应激会导致大脑广泛激活,而慢性(每天一小时,持续十天)限制应激通常会导致雄性和雌性小鼠某些相同应激敏感脑区的神经元活动减弱。然而,在下丘脑、丘脑、杏仁核、中脑和后脑的某些区域,c-Fos的表达表现出性别依赖性差异。

结论

本研究发现在雄性和雌性小鼠中,急性限制应激会激活多个脑区,而在大多数这些脑区中,慢性限制应激后激活程度至少部分减弱,表明对压力源的敏感性降低。在某些下丘脑、杏仁核和中脑区域,c-Fos对急性应激和慢性应激的表达存在性别差异。区域连接性的间接测量也显示了类似的差异。

作者贡献声明

李爱军(Ai-Jun Li):撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法学设计、实验实施、数据分析、数据整理。梅根·麦格劳(Megan McGraw):撰写——审稿与编辑、数据分析。海莉·兰德斯帕格(Hailey Landsparger):实验实施、数据整理。劳伦·本杰明(Lauren Benjamin):实验实施、数据整理。艾米丽·夸尔斯-克里克莫尔(Emily Qualls-Creekmore):撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源协调、项目管理、数据分析、概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

资金支持

本研究未获得任何资金支持。
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