《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Quantitative and morphological analyses reveal microglia-specific neuroinflammation in brain regions linked to cognitive function in ovariectomized and chronic intermittent hypoxia-exposed female rats
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本研究针对女性阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）相关认知障碍风险增高但机制不明的现状，探讨了慢性间歇性低氧（CIH）与卵巢激素状态对雌性大鼠认知相关脑区神经炎症的影响。研究人员通过结合Huygens图像分析与Simple Neurite Tracer技术，对mPFC、海马CA1区及CP等脑区的小胶质细胞和星形胶质细胞进行了精细的3D形态学分析。结果发现CIH与卵巢激素缺失均能特异性激活小胶质细胞（而非星形胶质细胞），且二者无叠加效应，提示小胶质细胞特异性神经炎症可能是雌性CIH及激素缺失导致认知损害的早期机制。该研究为理解女性OSA及绝经期认知风险的神经免疫机制提供了新见解。
当夜幕降临，部分人群的睡眠并非安宁祥和，而是被反复的呼吸暂停所打断，这就是阻塞性睡眠呼吸暂停（Obstructive Sleep Apnea, OSA）患者的常态。OSA影响着全球近10亿人，它不仅带来夜间缺氧，更与心血管疾病、代谢紊乱乃至神经退行性病变风险增加密切相关。尤其值得关注的是女性群体，特别是绝经后女性，其OSA患病率是绝经前女性的3-4倍。然而，临床观察发现，患有OSA的女性常表现出与男性不同的症状，如抑郁、晨起头痛和情绪障碍，而典型的打鼾和日间嗜睡则较少见，这常常导致误诊或漏诊，使其面临的认知损伤风险被严重低估。更令人担忧的是，研究表明患有OSA的女性可能比男性面临更高的认知损伤风险，并且这种风险在绝经期似乎会进一步增加。那么，OSA相关的间歇性低氧与女性卵巢激素状态之间是否存在相互作用？它们是如何共同影响大脑，特别是与认知功能密切相关的脑区，从而增加认知障碍风险的？其背后的神经炎症机制又是怎样的？这些问题成为亟待揭示的科学谜题。
为了解开这些谜团，来自美国北德克萨斯大学健康科学中心的Cephas B. Appiah、Kishor Kunwar、Rebecca L. Cunningham和J.Thomas Cunningham研究团队开展了一项深入研究，其成果发表在《Brain, Behavior, 》期刊上。研究人员指出，尽管神经炎症被认为是OSA相关认知损伤的核心环节，但CIH与卵巢激素如何相互作用以调节雌性认知脑区的神经炎症，目前尚不清楚。神经炎症的特征在于小胶质细胞（大脑主要的免疫细胞）和星形胶质细胞的激活，表现为它们的增殖和形态转变。静息状态下的小胶质细胞具有细长的分支和小的胞体，而激活后会转变为反应性的促炎状态，表现为分支缩短、增厚、胞体肥大，即“去分枝化”（deramification），同时复杂性降低。同样，反应性星形胶质细胞也会发生形态改变。这些变化被认为是神经炎症的可靠指标。
本研究旨在检验CIH和卵巢激素耗竭对与认知和运动功能关键脑区神经炎症的影响。研究人员假设，暴露于7天的CIH会引发雌性大鼠的神经炎症，表现为小胶质细胞和星形胶质细胞的反应性激活，并且这种炎症反应在缺乏卵巢激素的情况下会被放大。
为验证这一假说，研究人员采用了多种关键技术方法。他们使用成年雌性Sprague Dawley大鼠，通过手术进行双侧卵巢切除术（Ovariectomy, OVX）以模拟激素缺失状态，并设置性腺完整（Intact, INT）组作为对照。这些大鼠被暴露于7天的慢性间歇性低氧（CIH，氧浓度在21%和10%之间循环）或持续常氧（Normoxia, CON）环境中。实验结束后，取脑进行免疫荧光染色，使用Iba1（离子钙结合适配器分子1，小胶质细胞标记物）和GFAP（胶质纤维酸性蛋白，星形胶质细胞标记物）抗体标记目标细胞。研究的脑区聚焦于与认知功能相关的内侧前额叶皮层（medial Prefrontal Cortex, mPFC，包括前扣带回皮层ACC、边缘下前额叶皮层IL）、背侧海马的CA1区以及尾壳核（Caudate and Putamen, CP）。在图像分析方面，本研究的一大亮点是采用了新颖的形态学分析方法：首先使用共聚焦显微镜获取高分辨率z-stack图像，接着利用Huygens Essential软件进行图像去卷积（deconvolution）处理以增强分辨率和信噪比，并进行对象分割（object segmentation）。然后，将分割后的图像导入ImageJ/FIJI平台，使用Simple Neurite Tracer (SNT) 插件进行半自动化的3D追踪和形态计量学分析。分析的参数包括反映细胞分枝状态的指标（如电缆长度、分支数量、分支点数量、终端分支数量）、细胞大小（凸包体积）以及复杂性指标（分支分形维数）。这种结合了先进图像处理与精细形态量化的方法，为准确评估胶质细胞的反应性状态提供了强有力的技术支撑。统计分析采用双因素方差分析（Two-way ANOVA）来考察CIH暴露和激素状态的主效应及其交互作用。
研究结果
3.1. 边缘前额叶皮层：CIH和激素状态增加小胶质细胞反应性，但不影响星形胶质细胞
在边缘前额叶皮层，研究发现CIH和OVX之间存在显著的交互作用，影响反应性小胶质细胞的数量。与常氧对照组相比，CIH增加了INT大鼠的Iba1阳性细胞数量，但在OVX大鼠中未观察到CIH的进一步增加效应，因为OVX本身在常氧条件下就已升高了小胶质细胞数量。对小胶质细胞分枝、大小和复杂性的形态学分析显示，CIH暴露显著降低了小胶质细胞的分枝（去分枝化）、大小和复杂性，这种效应不依赖于大鼠的激素状态。OVX在常氧条件下也显示出使小胶质细胞向反应性形态转变的趋势。与此形成鲜明对比的是，在边缘前额叶皮层，无论是CIH还是激素耗竭，均未影响GFAP阳性星形胶质细胞的数量或其形态学参数。
3.2. 前扣带回和边缘下皮层：CIH和激素状态增加小胶质细胞反应性
在前扣带回皮层和边缘下皮层两个亚区，同样观察到了CIH与激素状态对反应性小胶质细胞数量的交互作用。具体而言，CIH增加了INT大鼠的反应性小胶质细胞数量。然而，在OVX大鼠中，CIH并未产生额外效应。OVX在常氧条件下本身就能增加这些区域的小胶质细胞数量。与此相反，在这两个亚区，CIH或OVX均未增加GFAP阳性星形胶质细胞的数量。
3.3. CA1区：CIH和激素状态增加小胶质细胞激活，但不影响星形胶质细胞
在海马CA1区，CIH和激素状态共同显著增加了Iba1阳性小胶质细胞。事后检验表明，CIH specifically增加了INT雌性大鼠CA1区的激活小胶质细胞，但对OVX雌性大鼠无此效应。更重要的是，CIH与激素状态的交互作用还伴随着小胶质细胞形态的显著改变。事后分析揭示，CIH显著降低了INT大鼠（而非OVX大鼠）小胶质细胞的分枝和复杂性，表现为分支数量、分支点数量和分支分形维数的减少。有趣的是，这种小胶质细胞分枝和复杂性降低的模式在OVX大鼠暴露于CIH时被逆转。也就是说，在OVX+CIH大鼠中，小胶质细胞呈现分枝化形态，而在INT+CIH大鼠中，它们则是去分枝化的。因此，CIH对小胶质细胞结构的影响仅在INT大鼠中观察到。星形胶质细胞在CA1区则未显示出数量、分枝、大小和复杂性的改变。
3.4. 尾壳核：CIH和OVX增加小胶质细胞激活，但不影响星形胶质细胞
在尾壳核区域，CIH显著增加了激活的小胶质细胞数量。对小胶质细胞分枝和复杂性指数的双因素方差分析揭示了CIH暴露与激素状态之间存在显著的交互作用。事后分析表明，CIH显著降低了INT大鼠（而非OVX大鼠）小胶质细胞的电缆长度、分支数量、分支点数量、终端分支数量、大小和分支分形维数。只有小胶质细胞的大小受到CIH的独立影响。在两个OVX大鼠组之间，形态学参数没有显著差异。与之前的结果一致，反应性星形胶质细胞在尾壳核区域未表现出增殖或形态学变化。
研究结论与意义
本研究的核心发现是，在雌性大鼠中，CIH和卵巢激素缺失均能诱发认知相关脑区的神经炎症，但这种炎症反应具有明显的细胞特异性，即主要针对小胶质细胞，而星形胶质细胞在短期内表现出耐受性。当CIH和激素缺失两种因素并存时，它们对小胶质细胞激活的效应并非简单叠加，提示二者可能通过共享的炎症通路（如氧化应激、NF-κB信号通路）发挥作用。
这项研究具有重要的科学意义和临床启示。首先，它揭示了女性OSA患者，无论其激素状态如何，都可能面临着小胶质细胞介导的神经炎症风险，这挑战了“绝经前女性因激素保护而免受OSA神经系统影响”的传统观念。其次，研究结果表明，绝经本身（卵巢激素缺失）可能就是大脑神经炎症的一个独立风险因素，这为理解绝经期女性常报告的“脑雾”、注意力不集中和记忆力减退等症状提供了潜在的神经免疫学解释。再者，该研究将尾壳核这一与运动控制相关的脑区纳入分析，提示OSA可能通过影响该区域的神经炎症而加剧运动功能障碍，为OSA与神经退行性运动疾病之间的关联提供了新的探索方向。
本研究采用的结合Huygens图像分析与SNT形态追踪的创新方法，为精细量化神经胶质细胞的3D形态变化设立了新的标准，未来可广泛应用于神经炎症相关研究。当然，本研究也存在一些局限性，如使用轻度OSA模型、未控制INT动物的动情周期、缺乏行为学数据关联以及单时间点观察等，这些都为未来的研究指明了方向，包括进行纵向研究、结合生化与行为学评估、探讨更严重程度的CIH影响以及比较手术性与自然绝经模型等。
总之，这项研究清晰地表明，卵巢激素缺失和CIH会在雌性大鼠中引发小胶质细胞特异性的神经炎症反应。这些发现提示，患有OSA或经历绝经的女性可能正面临未被识别的神经炎症，这可能会加速认知老化并增加痴呆风险。小胶质细胞的改变可能是雌性个体因CIH和激素缺失导致认知和运动障碍早期发展的关键机制，为后续深入研究奠定了坚实的基础。
