《Hormones and Behavior》：Neonatal lipopolysaccharide has long-term effects on steroids and gene expression in the adult mouse brain
编辑推荐：
本文探讨了新生儿期脂多糖（LPS）免疫挑战如何通过“双重打击”模型，编程成年期大脑局部类固醇水平和海马基因表达的长期变化。研究人员利用C57BL/6J小鼠，结合液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）和批量RNA测序技术，揭示了新生儿LPS暴露能增强成年后再次遭遇LPS时大脑多个区域（如前额叶皮层、海马、杏仁核）的皮质酮、醛固酮等激素水平，并鉴定出与血管功能和免疫反应相关的基因共表达模块。这项研究为早期生命感染如何通过改变神经内分泌和转录组编程，导致成年期应激脆弱性增加提供了新的分子机制见解。
在生命的开端，一次看似普通的感染是否会留下深刻的烙印，改变大脑应对未来挑战的方式？这就是“双重打击”假说的核心：早期生命的不良经历，如感染，可能会“编程”机体，使其在成年后面对第二次压力或免疫挑战时，反应过度或失调，从而增加罹患认知障碍或精神疾病的风险。糖皮质激素（GCs，如皮质酮）是大脑应激反应和功能调节的关键信使，它们不仅来自肾上腺，也能在大脑局部合成（即神经类固醇）。然而，早期感染如何长期影响大脑自身这套精密的激素调控系统，又如何改变基因表达的“蓝图”，这些关键问题仍不清晰。为此，一项发表于《Hormones and Behavior》的研究，深入探索了新生儿期暴露于细菌内毒素脂多糖（LPS）对成年小鼠大脑类固醇谱和基因表达的深远影响。
为了回答这些问题，研究人员运用了几个关键技术方法。研究对象为C57BL/6J小鼠。核心实验模型是“双重打击”设计：在新生期（出生后第4天和第6天）对小鼠腹腔注射LPS或生理盐水（作为首次打击），待其成年后（约第90天）再次注射LPS或生理盐水（作为第二次打击），从而形成四个实验组。在成年处理后4小时采集血清和脑组织。关键的检测技术包括：1. 液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）：用于高灵敏度、高特异性地定量检测血清（包括总激素和游离激素）以及五个脑区（前额叶皮层、背侧海马、腹侧海马、杏仁核、下丘脑）中的多种类固醇激素水平。2. 批量RNA测序与加权基因共表达网络分析（WGCNA）：对背侧海马组织进行全转录组测序，并利用WGCNA算法识别与实验处理（新生儿LPS、成年LPS、性别）相关的基因共表达模块，以系统性地解析复杂的基因表达变化模式。
研究结果
1. 体重变化
在出生后第6天，曾于第4天接受LPS处理的新生鼠体重显著低于接受生理盐水处理的对照组，表明新生儿LPS处理产生了急性生理影响。
2. 生理盐水处理的成年鼠脑内总类固醇水平
在未接受成年LPS刺激（即成年处理为生理盐水）的小鼠中，新生儿LPS处理的影响相对有限，但存在特定变化：
- •
孕激素：在雄性小鼠的前额叶皮层中，新生儿LPS处理增加了孕激素水平，但在雌性中无此效应。
- •
11-脱氢皮质酮（DHC）：新生儿LPS处理降低了前额叶皮层的DHC水平。
- •
其他类固醇如皮质酮、醛固酮等未受新生儿LPS的显著影响。
3. LPS处理的成年鼠脑内总类固醇水平
当成年期遭遇LPS挑战时，新生儿LPS处理的长期编程效应被显著“解锁”：
- •
孕激素：新生儿LPS处理增加了前额叶皮层的孕激素水平。
- •
皮质酮：新生儿LPS处理显著增加了血清（总皮质酮和游离皮质酮）以及所有检测的五个脑区（前额叶皮层、背侧海马、腹侧海马、杏仁核、下丘脑）中的皮质酮水平。
- •
DHC：新生儿LPS处理增加了背侧海马、腹侧海马和下丘脑中的DHC水平。
- •
醛固酮：新生儿LPS处理增加了背侧海马和杏仁核中的醛固酮水平。
- •
血清游离激素：在成年LPS处理的个体中，新生儿LPS处理还特异性增加了血清中游离皮质酮的水平。
4. RNA测序与基因共表达网络分析
对背侧海马组织的转录组分析发现，直接比较基因差异表达时，新生儿LPS处理的影响被成年LPS处理的强烈反应所掩盖。因此，研究人员采用WGCNA方法，识别出13个基因共表达模块，其中三个模块（红色、蓝色、橙色）与实验条件密切相关：
- •
红色模块：其基因表达在成年LPS处理后下降，且与血清和海马类固醇水平呈显著负相关。该模块富集了与血管发育、细胞外基质和转录调控相关的基因，提示其可能参与血脑屏障功能或血管反应的调节。在成年期接受LPS处理的雄性小鼠中，新生儿LPS处理增强了该模块对成年LPS的反应。
- •
蓝色模块：其基因表达在成年LPS处理后强烈上升，且与类固醇水平呈显著正相关。该模块高度富集免疫相关功能，如细胞因子活性、主要组织相容性复合体（MHC）和吞噬作用，并特别富集于小胶质细胞基因集，表明其代表了海马对免疫挑战的核心炎症反应。在成年期未受挑战（生理盐水处理）的雄性小鼠中，新生儿LPS处理就上调了该模块的表达。
- •
橙色模块：其表达主要受新生儿LPS处理调控，在雌性小鼠中效应更明显。该模块富集于神经元突触功能和信号转导相关基因，提示新生儿LPS可能对神经元的连接和功能产生了长期的、细微的重编程。
研究结论与意义
这项研究系统性地证实了新生儿LPS暴露能够对成年大脑的神经内分泌系统和转录组产生长期编程效应，且大多数效应需要在成年期遭遇第二次免疫挑战时才会显现。结论可归纳为以下几点：第一，新生儿LPS增强了成年期再次面对LPS挑战时，全身循环和多个关键脑区的糖皮质激素（特别是皮质酮）反应，表明下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的应激反应系统被持久地敏化。第二，大脑不同区域（如前额叶皮层、海马、杏仁核）的局部类固醇水平变化模式与血清不完全一致，提示大脑存在独立于外周循环的、精细的局部类固醇调控机制，这对于理解应激的脑内效应至关重要。第三，通过转录组学分析，研究揭示了这种编程效应在基因表达层面的体现：新生儿LPS处理预先设定了与免疫炎症（蓝色模块）和血管功能（红色模块）相关的基因网络对后续挑战的反应基调，并可能对神经突触相关基因（橙色模块）产生长期影响。第四，研究发现雄性小鼠对新生儿LPS编程的激素和部分基因模块反应更为敏感，这为临床上观察到的早期感染后男性更易出现行为障碍的风险差异提供了潜在的生物学解释。
这项研究的重要意义在于，它首次在“双重打击”模型中，将大脑局部类固醇激素的精准定量与全基因组范围的转录组分析相结合，为早期生命感染如何通过改变神经内分泌和基因表达的“双重编程”，从而导致成年期应激脆弱性和神经精神疾病风险增加，提供了新颖且坚实的分子证据。它强调了在研究早期逆境影响时，关注大脑局部微环境激素变化和系统水平的基因网络调控的重要性，为未来开发针对早期生命编程效应的预防或干预策略指明了新的方向。
