雌激素通过调节雌激素受体β（ERβ）介导的IDO1催化的色氨酸（Trp）/酪氨酸激酶（Kyn）代谢，从而影响APP/PS1基因敲除雌性小鼠的认知功能

《Hormones and Behavior》：Estrogen regulates cognitive function in APP/PS1 female mice via modulation of IDO1-mediated Trp/Kyn metabolism through ERβ

本研究通过卵巢切除（OVX）APP/PS1转基因小鼠模型，探究雌激素（E2）与IDO1酶在AD中的作用。结果显示OVX加剧认知障碍并升高海马区IDO1水平，而E2通过激活ERβ减少IDO1及色氨酸-赖氨酸代谢通路相关毒性产物，其效应与IDO1抑制剂1-MT相当。ERβ拮抗剂可逆转E2效果，提示E2-ERβ-IDO1通路与AD认知损伤相关，为靶向治疗提供依据。

　　

张凌迪|胡双|朱建军|姜国军

杭州师范大学附属萧山医院药学系，中国杭州311202

摘要

阿尔茨海默病（AD）在绝经后女性中更为常见，这可能是由于雌激素缺乏所致。IDO1（吲哚胺2,3-双加氧酶1）是一种参与色氨酸代谢的酶，它调节免疫反应和神经炎症，可能与AD患者的认知障碍有关。本研究使用了APP/PS1转基因雌性小鼠，并进行了卵巢切除术（OVX）、给予E2、IDO1抑制剂（1-MT）以及雌激素受体的激动剂和拮抗剂，以探讨雌激素和IDO1在AD中的潜在作用。结果表明，卵巢切除术加剧了APP/PS1小鼠的认知功能损伤。卵巢切除术还降低了血清中的E2水平，并增加了海马区的IDO1水平。1-MT的应用逆转了认知障碍，表明升高的IDO1水平可能是雌激素缺乏的女性易患AD的一个因素。有趣的是，E2改善了接受卵巢切除术的APP/PS1小鼠的认知功能。E2还降低了海马区的IDO1水平，并通过降低Kyn、Kyn到Trp的比率、3-羟基基诺酮（3-HK）和喹啉酸（QA）的水平，同时增加血清素（5-HT）和5-HT到Trp的比率以及基诺酮酸（KA）的水平，影响了IDO1介导的L-色氨酸（Trp）/基诺酮（Kyn）途径的代谢。E2的效果与IDO1抑制剂相似。此外，ERβ拮抗剂可以逆转E2的作用，而ERβ激动剂对Trp/Kyn途径的影响与E2相当。这些发现表明，E2对接受卵巢切除术的APP/PS1雌性小鼠的认知功能有积极影响，其机制可能与通过激活ERβ来调节IDO1介导的Trp/Kyn途径有关。

引言

阿尔茨海默病（AD）是全球主要的死亡原因之一，其特征是记忆力减退、注意力缺陷和睡眠障碍，严重损害日常生活功能（Scheltens等人，2021年）。主要风险因素包括年龄、性别（女性占病例的70%）和基因突变（Nebel等人，2018年；Rettberg等人，2016年）。特别是绝经后的激素变化，尤其是17β-雌二醇（E2）的减少，可能导致女性患病率更高，因为E2具有神经保护、认知支持和突触健康的作用（Yao等人，2012年；Kwakowsky等人，2016年）。雌激素的丧失还会促进淀粉样蛋白的形成，加重AD（Qin等人，2020年；Kramár等人，2013年）。年轻女性接受卵巢切除术（oophorectomy）可能会增加痴呆风险，据估计每年有10万例美国病例与此手术相关（Farkas等人，2022年）。虽然雌激素撤退是已知的AD风险因素，但其在疾病进展中的确切作用尚不清楚。

AD是一种与炎症相关的疾病，而失调的基诺酮（Kyn）途径在AD的发病机制中起着重要作用（Willette等人，2021年）。Kyn途径调节色氨酸（Trp）的代谢和5-羟色胺（5-HT）系统，据推测这对介导促炎细胞因子对大脑的影响很重要（Abuelezz等人，2017年）。在神经炎症条件下，促炎细胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α可以显著上调吲哚胺-2,3-双加氧酶1（IDO1）的表达，IDO1是Trp降解的第一限速酶。IDO1的激活导致Trp大量转化为Kyn，从而减少了Trp向5-HT的转化，这可能与情绪障碍和记忆缺陷的发生有关（Mazarei等人，2013年；Mithaiwala等人，2021年）。此外，Kyn进一步代谢为喹啉酸（QA）等代谢物。QA是N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体的激动剂，具有神经毒性，可引起氧化应激和神经元凋亡（Rahman等人，2019年）。研究表明，QA的增加可能通过激活NMDA受体损害海马区的功能，这与AD中的认知障碍密切相关（Vandresen-Filho等人，2013年；Boeck等人，2004年）。

先前的研究报道，雌激素可以通过Kyn途径影响Trp的降解，雌激素水平的变化会影响体内的功能连接性、神经传递和大脑结构（Badawy和Dougherty，2016年；Barth等人，2015年）。最近的一项动物研究发现，雌激素缺乏会导致抑郁样行为和海马区IDO1水平的升高。此外，外源性雌激素的给药可以通过ERβ影响IDO1介导的Kyn途径，从而抑制神经毒性物质的产生（Jiang等人，2024年）。然而，雌激素与IDO1介导的Trp/Kyn途径在AD发病机制中的可能关联尚未被报道。

基于先前的发现，即雌激素缺乏可以调节IDO1介导的Trp/Kyn途径，并且IDO1参与了AD发病机制中的神经炎症过程，我们推测大脑中异常的IDO1水平是雌激素缺乏的女性易患AD的重要原因之一。为了验证这一推测，我们使用了APP/PS1转基因雌性小鼠作为AD动物模型，并对这些小鼠进行了卵巢切除术以模拟雌激素缺乏的情况，研究了IDO1介导的Trp/Kyn代谢在该动物模型中的认知功能损伤中的作用及其与E2-ERβ途径的相关性。

实验部分

实验动物

实验所用小鼠为12周大的APP/PS1转基因雌性小鼠，具有C57BL/6遗传背景，同时使用了年龄匹配的C57BL/6野生型雌性小鼠，这些小鼠由中国上海模式生物中心购买。小鼠被随机分配到笼子里，每笼4只。它们可以自由饮水和进食，并在12小时光照/黑暗周期下饲养。4个月大时，开始进行实验。所有动物处理和实验程序均符合相关规范。

卵巢切除术对APP/PS1小鼠认知功能的影响

在4个月、6个月和8个月大时对小鼠进行了MWM测试以评估其认知功能（图1A）。4个月大时（图1B），重复测量双因素方差分析显示逃避潜伏期存在显著的基因型×时间交互作用（统计结果见图1B），表明不同基因型之间的逃避潜伏期变化模式存在显著差异。两个主效应也具有显著性：基因型（F(4,140) = 121.1，P < 0.0001，pη2 = 0.776）和时间（F

讨论

大脑区域中的Aβ沉积是阿尔茨海默病（AD）的主要病理特征之一。Aβ沉积的开始时间与年龄相关。随着年龄的增长，斑块的发病率和密度都会增加（Lok等人，2013年）。APP/PS1转基因小鼠模型因产生过多的Aβ而闻名，这种过量产生的Aβ会引发突触功能障碍和随后的记忆障碍（Wang等人，2021年）。在我们的研究中，APP/PS1小鼠的认知功能

结论

本研究首次证明，海马区IDO1水平的升高是雌激素缺乏的女性易患AD的一个重要因素。IDO1通过调节IDO1介导的Trp/Kyn代谢影响AD患者的认知功能。重要的是，IDO1介导的Trp/Kyn代谢的影响是由E2-ERβ介导的炎症途径触发的。这些结果将IDO1和ERβ确定为有前景的治疗靶点。

作者贡献声明

张凌迪：撰写——初稿，实验研究。胡双：验证，实验研究，数据分析。朱建军：验证，实验研究，概念构思。

资助

本研究得到了杭州医疗健康科技计划（B20241911）对张凌迪的财政支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

无。