《Frontiers in Endocrinology》：Castration-induced nigrostriatal deficits are linked to reduced TrkB and loss of mature spines in the dorsal striatum
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帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一种神经退行性疾病，其特征为黑质纹状体多巴胺（dopamine, DA）神经元变性及基底节功能障碍，且在风险与进展方面存在性别差异，其机制尚未完全阐明。本研究探讨了青春期前性腺激素丢失对雄性小鼠黑质纹
帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一种神经退行性疾病，其特征为黑质纹状体多巴胺（dopamine, DA）神经元变性及基底节功能障碍，且在风险与进展方面存在性别差异，其机制尚未完全阐明。本研究探讨了青春期前性腺激素丢失对雄性小鼠黑质纹状体完整性、纹状体突触结构及运动行为的影响。利用去势（castration）模型，研究人员发现早期雄激素剥夺可再现帕金森病低多巴胺能状态的关键神经病理学与行为学特征，包括黑质致密部（substantia nigra pars compacta, SNc）中酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase, TH）阳性神经元减少、垂直杆与转棒（rotarod）运动表现受损、以及前肢运动学（forelimb kinematics）紊乱。在环路水平上，雄激素丢失显著降低了直接通路与间接通路纹状体棘突投射神经元（spiny projection neurons, SPNs）上的蘑菇状棘突（mushroom spine）密度，同时伴有未成熟棘突类别增加，这与突触成熟受损一致。这些结构与行为缺陷伴随纹状体酪氨酸受体激酶B（Tyrosine receptor kinase-B, TrkB）蛋白水平降低，提示脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor, BDNF）/TrkB营养信号减弱。睾酮（testosterone）替代治疗保护了黑质多巴胺能神经元，使运动行为正常化，阻止了两条纹状体通路中蘑菇状棘突的丢失，并选择性地增加了直接通路神经元上的长/细棘突（long/thin spine），提示增强了突触可塑性。综上所述，这些发现支持一种激素-营养模型：雄激素信号通过雄激素受体（androgen receptor）依赖的BDNF/TrkB机制维持黑质纹状体完整性与纹状体突触成熟。尽管帕金森病主要在衰老过程中显现，但这些结果表明早期雄激素信号破坏可产生持久的环路水平改变，从而影响随时间推移的退变易感性，为帕金森病性别差异提供了机制性见解。
论文解读
**研究背景、存在问题与研究意义**
帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一种影响全球超过600万人的进行性神经退行性疾病，核心病理特征为黑质致密部（substantia nigra pars compacta, SNc）多巴胺（dopamine, DA）神经元丢失，导致基底节功能障碍和运动功能受损。尽管年龄、遗传和环境毒素已被确定为明确的风险因素，但生物学性别对PD发病率和进展的影响尚未得到充分阐明。流行病学证据表明，男性PD患病率高于女性，且症状特征和治疗反应存在性别差异，但背后的生物学机制尚不清楚。
背侧纹状体在自主运动控制中发挥关键作用。纹状体中的GABA能棘突投射神经元（spiny projection neurons, SPNs）是基底节的主要输出神经元，接收来自皮层、丘脑的谷氨酸能输入以及来自SNc的多巴胺能输入。直接通路SPNs（dSPNs）表达多巴胺1型受体并投射至黑质网状部（substantia nigra pars reticulata, SNr）和苍白球内侧部，间接通路SPNs（iSPNs）表达多巴胺2型受体并投射至苍白球外侧部和丘脑底核。两条通路的平衡对自主运动至关重要。在PD中，SNc多巴胺输入丢失通过改变SPNs活性、使纹状体输出偏向iSPNs而损害自主运动，并导致两种SPNs成熟棘突和树突树减少。因此，增强这些连接、重新平衡纹状体输出的策略可有效缓解PD运动缺陷。
既往研究（Khasnavis等）表明，青春期前性腺激素丢失可诱发PD病理，包括炎症、胶质细胞激活、SNc退变和运动障碍，其机制部分通过诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase, iNOS）升高和胶质细胞源性神经营养因子（glial-derived neurotrophic factor, GDNF）降低实现。然而，性腺激素对纹状体环路和突触可塑性的具体影响尚未明确。性腺激素（特别是睾酮）通过调节神经营养因子信号（如BDNF/TrkB通路）调控类固醇敏感脑区的树突和突触结构。睾酮可维持多个神经环路（如内侧视前区、海马、基底节）的树突棘密度，并动态调节纹状体内的多巴胺释放和信号传导。雄激素受体信号还调控神经营养因子受体TrkB及其配体BDNF，从而支持纹状体内神经元结构和活动。
本研究旨在确定青春期前性腺激素丢失如何影响纹状体环路和突触可塑性。基于多巴胺耗竭减少SPNs上成熟和未成熟树突棘表型、性腺激素增强神经营养和ERK信号、以及SPNs表达雄激素和雌激素受体的背景，研究人员假设性腺激素移除会同时减少dSPNs和iSPNs上成熟和未成熟棘突表型，并伴随TrkB和ERK信号降低。该研究通过去势模型，系统分析性腺激素丢失对树突棘结构、突触可塑性分子标志物及基底节环路的影响。论文发表在《Frontiers in Endocrinology》。
**主要关键技术与样本来源**
研究使用雄性C57BL/6小鼠（The Jackson Laboratory），于出生后30-33天（P30-P33）进行手术。关键技术包括：去势手术与皮下硅胶植入管（silastic capsule）给药（睾酮或空载体）；立体定位注射逆行示踪剂霍乱毒素B-488（CTB-488）至SNr以区分dSPN与iSPN；DiL（1,1′-dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanine）标记与共聚焦显微镜成像分析树突棘形态；免疫组织化学检测TH阳性神经元；Western blot检测TH、TrkB、ERK2及GAPDH蛋白水平；行为学测试包括垂直杆（vertical pole）、转棒（rotarod）和旷场（open field）实验，并使用DeepLabCut和B-SOiD进行运动学分析。样本队列：30只小鼠均分为三组：假手术+空胶囊（Sham）、去势+空胶囊（Cast）、去势+睾酮胶囊（Cast+T）。每组部分动物用于Western blot（n=3）、免疫荧光（n=4）和DiL标记（n=3）。
**研究结果**
**1. SN中TH阳性神经元的免疫反应性**
通过计数SNc中TH阳性细胞数，发现去势动物（Cast）的TH阳性神经元数量显著低于Sham和Cast+T组（ANOVA: F
(2,135)=48.6, p<0.001; HSD p<0.001），而Cast+T组与Sham无显著差异。表明青春期前性腺激素丢失导致SNc多巴胺能神经元丢失，而睾酮替代可预防这一丢失。
**2. 去势模型PD的运动行为**
垂直杆测试显示，Cast组在重新定向潜伏期（F
(2,28)=15.9, p<0.01）和到达底部潜伏期（F
(2,28)=4.42, p<0.05）上均显著长于Sham组；转棒测试中，Cast组在跌落潜伏期、总行进距离和停止时转速（RPM）上均显著低于Sham组（p<0.05或p<0.01）。旷场分析表明，Cast组前肢运动学显示每帧像素距离减少、速度降低、运动回合持续时间增加（D(30)值均显著），而Sham与Cast+T组无显著差异。表明雄激素丢失导致运动功能减退，睾酮替代可正常化运动表现。
**3. dSPN和iSPN棘突形态分析**
通过CTB-488逆行示踪标记dSPN，结合DiL标记与共聚焦成像，分类计数三种棘突类型：stubby（短粗）、long/thin（长/细）和mushroom（蘑菇状）。两因素ANOVA显示条件与棘突类型显著交互（F
(4,252)=170.863, p<0.001）。在dSPNs中：Cast和Cast+T组的stubby棘突密度均高于Sham（p<0.05）；Cast+T组long/thin棘突密度高于Sham（p<0.05）；Cast组mushroom棘突密度显著低于Sham和Cast+T组（p<0.001）。在iSPNs中：Cast和Cast+T组stubby棘突密度高于Sham（p<0.05）；long/thin棘突无显著变化；Cast组mushroom棘突密度显著低于Sham和Cast+T组（p<0.001）。表明雄激素对维持两类SPNs上成熟蘑菇状棘突至关重要，且睾酮替代可选择性增加dSPNs上的长/细棘突，提示突触可塑性增强。
**4. Western blot分析**
纹状体Western blot显示：Cast组TH蛋白水平显著低于Sham（p<0.001），Cast+T组也低于Sham（p<0.05）；ERK2蛋白水平在三组间无显著差异；纹状体TrkB蛋白在Cast组显著低于Sham和Cast+T组（p<0.05）。SN组织检测中，TH和ERK2蛋白水平在三组间均无显著差异。表明去势降低纹状体TH和TrkB水平，而睾酮替代可恢复TrkB但未能完全恢复纹状体TH蛋白（可能反映存活神经元中DA合成代偿）。
**讨论与结论**
本研究证明，年轻雄性小鼠性腺激素丢失可再现帕金森病低多巴胺能状态的核心神经病理学、细胞和行为特征，包括SNc多巴胺能神经元丢失、运动功能减退、前肢运动学紊乱，以及背侧纹状体dSPN和iSPN通路中蘑菇状棘突密度显著降低，伴随未成熟棘突增加，符合突触成熟受损。这些表型与纹状体TrkB蛋白减少一致，表明BDNF/TrkB营养信号减弱。睾酮替代可保护SNc TH阳性神经元、正常化运动行为、阻止两类SPNs蘑菇状棘突丢失，并选择性增加dSPNs长/细棘突比例，提示向更可塑性突触状态的转变。
研究结论：青春期前性腺激素丢失足以诱导帕金森病病理的核心特征，包括SNc多巴胺能神经元丢失、低动力运动缺陷以及纹状体突触结构的显著破坏。这些效应与TrkB信号降低同时发生，并可被睾酮替代预防。通过将内分泌状态与营养信号、树突棘成熟和基底节环路输出联系起来，这些结果为理解PD中的性别差异提供了机制基础，并提示激素和TrkB靶向策略可能减轻运动功能障碍，甚至影响疾病进展。
