甲状腺功能亢进症小鼠中性别与区域特异性的胶质反应性与非认知及非抑郁样行为改变缺乏相关性

《Brain and Behavior》：Sex- and Region-Specific Glial Reactivity in Hyperthyroid Mice Lacks Correlation With the Noncognitive and Non-Depressive-Like Behavioral Alterations

　　

背景：胶质反应性与甲状腺功能亢进症相关的精神和认知障碍有关，但甲状腺功能亢进症中胶质反应性的体内成像证据尚未阐明。本研究旨在利用18F-DPA714正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）成像检测甲状腺功能亢进症诱导的胶质反应性，并探讨其与小鼠行为改变的关联。方法：将C57BL/6J小鼠随机分为甲状腺功能亢进症（T4）组和对照组。使用18F-DPA714 PET/CT成像，通过标准化摄取值（SUV）量化八个脑区的胶质反应性。采用电离钙结合衔接分子1（IBA-1）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）免疫组化，验证海马CA1锥体层和体感皮质第IV层的胶质反应性。行为学测试包括蔗糖偏好实验、强迫游泳实验和水迷宫实验。结果：T4小鼠皮质和海马的IBA-1和GFAP密度显著升高，其中GFAP表达具有性别依赖性（雄性皮质更高，雌性海马更高）。PET/CT显示，T4仅在雌性小鼠中显著增加了纹状体、丘脑、下丘脑、脑干和中脑的SUV；而在皮质、海马和杏仁核，T4在两性中均增加了SUV。甲状腺功能亢进症小鼠未表现出认知衰退或抑郁样行为。相反，雄性T4小鼠表现出不动时间缩短，且两性均表现出穿越平台次数增加和目标象限距离增加。胶质反应性指标与行为结果之间未发现显著关联。结论：甲状腺功能亢进症诱导了通过18F-DPA714 PET/CT和病理学检测到的性别和区域特异性胶质反应性，这与小鼠观察到的非认知和非抑郁样行为改变缺乏相关性。

甲状腺激素（Thyroid hormones, THs）在维持中枢神经系统（central nervous system, CNS）正常发育中发挥着至关重要的作用，成人甲状腺疾病与精神和认知问题相关。甲状腺功能亢进症（Hyperthyroidism）可诱发包括情绪波动、急躁易怒、注意力分散性活动过度在内的多种临床症状，并与痴呆风险增加相关。其参与认知和精神问题的潜在生物学机制众多，炎症压力被认为是其中之一。在炎症压力下，胶质细胞（尤其是星形胶质细胞和小小微胶质细胞）会表现出形态重塑和蛋白表达谱改变，并分泌多种炎症因子。此外，TH可通过复杂机制导致反应性小胶质细胞和星形胶质细胞，并影响小胶质细胞功能。因此，识别一种能够客观评估体内胶质反应性的成像方法至关重要。靶向18-kDa转位蛋白（TSPO）的18F-DPA714 PET/CT成像已被用于评估和监测多种疾病中的胶质反应性。然而，胶质反应性是否在甲状腺功能亢进症大脑中实际发生，以及它是否导致相关行为缺陷，仍属未知。为此，本研究（发表于《Brain and Behavior》）提出了甲状腺功能亢进症诱导脑内胶质反应性并与认知和情感改变相关的假设。研究人员使用18F-DPA714 PET/CT成像结合病理分析，在甲状腺功能亢进症小鼠中检测和量化胶质反应性，并按性别分层分析其与行为改变的关联。

为开展研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：使用来自西伯夫生物技术（Sibeifu Biotechnology）的C57BL/6J小鼠建立甲状腺功能亢进症模型（通过连续11天皮下注射左旋甲状腺素钠）；利用靶向TSPO的18F-DPA714 PET/CT成像技术，在活体水平定量评估八个脑区（皮质、海马、杏仁核、纹状体、丘脑、下丘脑、中脑和脑干）的胶质反应性；通过免疫荧光染色检测脑组织切片中IBA-1和GFAP的表达，以病理学方法验证海马CA1区和体感皮质S1区的反应性小胶质细胞和星形胶质细胞；并进行了一系列行为学测试，包括蔗糖偏好实验（评估快感缺失）、强迫游泳实验（评估抑郁样行为）和莫里斯水迷宫实验（评估空间学习和记忆能力）。

研究结果部分首先证实了甲状腺功能亢进症小鼠模型的成功建立。与对照组相比，T4组小鼠血清游离甲状腺素（FT4）和游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）水平显著升高，促甲状腺激素（TSH）水平显著降低，而甲状腺球蛋白抗体（TGAb）水平无显著差异，且上述激素水平变化在雄性和雌性小鼠中效应一致。

在行为学评估方面，研究人员发现甲状腺功能亢进症小鼠未表现出认知衰退或抑郁样行为。具体而言，强迫游泳实验显示存在显著的T4干预与性别的交互作用，T4处理显著缩短了雄性小鼠的不动时间，但在雌性小鼠中无显著影响。蔗糖偏好实验未发现T4干预或性别的显著主效应及交互作用。莫里斯水迷宫实验中，T4干预的主效应显著，表现为T4组小鼠穿越平台次数和在目标象限的游泳距离均显著增加；性别的主效应也显著，雄性小鼠在这些指标上均优于雌性小鼠。两组间游泳速度无显著差异。这些行为学改变提示甲状腺功能亢进症小鼠表现出增强的运动活动和探索行为，而非典型的认知或抑郁样缺陷。

免疫荧光染色结果从病理学上揭示了甲状腺功能亢进症诱导的胶质反应性。T4干预的主效应显著，表现为T4组小鼠皮质和海马的GFAP和IBA-1平均密度均显著高于对照组，证实了反应性星形胶质细胞和小胶质细胞的存在。性别主效应分析显示，皮质GFAP密度在雄性中更高，而海马GFAP密度在雌性中更高。T4干预与性别的交互作用均不显著，表明T4诱导的皮质和海马胶质反应性在两性中均存在。

体内PET/CT成像可视化了甲状腺功能亢进症小鼠脑内的胶质反应性。分析发现，在纹状体、丘脑、下丘脑、脑干和中脑，T4干预与性别存在显著交互作用，T4处理仅显著增加了雌性小鼠的标准化摄取值（SUV），而在雄性小鼠中无显著作用。相反，在皮质、海马和杏仁核，T4干预的主效应显著，表现为T4组小鼠的SUV显著高于对照组；性别主效应在皮质和海马也显著，雄性小鼠SUV高于雌性。值得注意的是，这些亚皮层区域在对照组中即表现出性别差异，而T4处理后这种差异消失。

最后，相关性分析旨在探讨胶质反应性指标（包括GFAP/IBA-1密度和各脑区SUV）与观察到的三项行为指标（不动时间、穿越平台次数、目标象限距离）之间的关联。在经错误发现率（FDR）校正后，皮质和海马的GFAP/IBA-1密度以及所有检测脑区的SUV与上述任何行为指标均未发现统计学上的显著相关性。

在讨论部分，研究人员总结指出，本研究整合免疫荧光和PET成像提供了多维度证据，证实了TH诱导的胶质反应性具有显著的性别和区域特异性。尽管皮质和海马的胶质反应性在两性中均被T4诱导，但表现出两种形式的性别二态性：一是PET成像显示亚皮层区域对T4的反应具有性别特异性（仅雌性SUV增加），这可能与这些核团固有的性别二态性以及雌性小胶质细胞对激素刺激反应更强有关；二是星形胶质细胞标志物GFAP的表达呈现区域特异性的性别差异。甲状腺功能亢进症小鼠观察到的非认知和非抑郁样行为改变（如运动和探索活动增强）主要归因于TH对皮层回路的重塑作用。胶质反应性与行为改变之间缺乏关联，可能因为行为改变主要由皮层回路重塑驱动，而胶质反应性标志物（GFAP、IBA-1表达及PET SUV）仅代表胶质反应性的一个方面，无法完全反映其功能状态全貌。研究也存在一定局限性，如相关性分析样本量较小且未按性别分层，行为学评估未涵盖焦虑等其他维度。

最终，本研究得出结论：该研究通过PET/CT和病理学证据，为甲状腺功能亢进症小鼠中性别与区域特异性的胶质反应性提供了整合性证据，并且观察到的胶质反应性与非认知及非抑郁样行为改变之间无显著相关性。这些结果强调了在研究TH中枢效应时考虑性别和区域分层的重要性，并为利用18F-DPA714 PET成像检测甲状腺功能亢进症相关胶质反应性提供了初步的体内成像依据。