|
2023年5月28日东南大学刘莉洁团队在International Journal of Molecular Sciences发表 “High-Fat Diet Consumption Induces Neurobehavioral Abnormalities and Neuronal Morphological Alterations Accompanied by Excessive Microglial Activation in the Medial Prefrontal Cortex in Adolescent Mice”，揭示了高脂肪饮食导致青春期小鼠内侧前额叶皮层小胶质细胞过度激活进而导致神经行为异常和神经元形态学改变。
高脂肪饮食(HFD)与情绪/认知障碍之间具有明显关联，前额叶皮层(PFC)是与情绪和认知相关的核心大脑区域，其一个显著特征是其青春期成熟期延长，这使得它在青春期极易受到环境因素的不利影响。PFC结构和功能的破坏与情绪/认知障碍有关，尤其是那些出现在青春期后期的障碍。HFD在青少年中很常见，但它对青春期晚期PFC相关神经行为的潜在影响以及任何相关的潜在机制尚未确定。在本研究中，给青春期（产后28-56天）雄性小鼠喂食对照饮食或HFD，并在高尔基体之外进行行为测试mPFC的染色和免疫荧光。喂食HFD的青春期小鼠表现出焦虑和抑郁样行为和异常的mPFC锥体神经元形态，伴随着小胶质细胞形态的改变，表明激活状态增强，小胶质细胞PSD95+包涵体增加，表明mPFC中的突触物质被过度吞噬。这些发现为青少年HFD引起的神经行为影响提供了新的见解，并表明在青少年HFD相关情绪障碍的小胶质细胞功能障碍和前额叶神经可塑性缺陷中发挥作用。
图一 HFD对食物摄入、热量摄入和体重的影响 作者首先探究HFD对食物和能量摄入以及体重的影响，于是在整个饮食治疗期间监测食物摄入、热量摄入和体重。在4周的饮食暴露期间，各组的食物摄入量类似，但HFD小鼠的热量摄入量明显高于对照饮食小鼠。虽然各组之间的初始体重相当，但相对于对照组动物，HFD组的动物表现出体重显著升高。在一周的饮食治疗后直至研究结束，HFD组动物的体重明显高于对照组动物。
图二 青春期对小鼠神经行为的影响 作者进行了一系列行为测试以探究青少年HFD对情绪和认知功能的影响。在矿场试验（OFT）中，HFD组中心区持续时间和中心区行进距离的比例降低，而总行进距离、行进速度没有受到影响。在高架十字迷宫(EZM)测试中，在移动的总距离、张开双臂持续时间或张开双臂进入方面没有观察到组间的统计差异。结果表明，青少年HFD消费增加了小鼠的焦虑样行为，但并未损害运动活动。此外，在糖水偏好测试(SPT)期间，喂食HFD的小鼠表现出糖水偏好降低，但总液体摄入量正常，表明快感缺乏和抑郁样行为。然而，两组动物在强迫游泳测试(FST)的不动时间没有明显差异。为了确定青少年HFD暴露对认知功能的影响，又进行了筑巢(NB)测试和时间顺序识别(TOR)任务以探索动物进行日常活动和展示时间顺序识别记忆的能力，HFD小鼠的分数在24小时时与对照小鼠的分数相当，但在12小时表现出下降趋势。在TOR任务中，各组之间的辨别率没有显著差异。这些行为测试结果表明，青春期摄入HFD会促进焦虑和抑郁样行为。
图三 青春期HFD对内侧前额叶皮质锥体神经元形态的影响 为了研究青少年HFD暴露对前额叶神经可塑性的影响，使用高尔基染色和 Sholl分析来评估边缘前皮层(PL)和边缘下皮层(IL)中锥体神经元的形态（树突复杂性、脊柱密度和脊柱形态）。喂食HFD的小鼠在mPFC中表现出树突复杂性降低，表现为PL和IL中树突长度的减少（PL中顶端树突分支数量的减少，以及 PL和 IL中与等距 Sholl 球体的树突交叉数量的减少)。这些数据表明，在青春期长期食用HFD后会发生树突萎缩。接下来作者检测了顶端树突的脊柱密度，其中树突复杂性的降低更为明显。在mPFC的脊柱密度中没有观察到组之间的显着差异。然而，对脊柱形态的进一步定量分析表明青春期小鼠暴露于HFD会损害mPFC区域的形态学神经可塑性。为了评估情绪异常与树突萎缩之间的关系，使用Pearson相关性检验计算了同一小鼠的行为参数与神经元形态学指标之间的相关性。mPFC中的顶端树突长度与OFT中的中心区域持续时间、EZM中的开放臂停留时间以及SPT中的糖水偏好显著相关，表明HFD喂养的焦虑和抑郁样行为小鼠与mPFC锥体神经元萎缩有关。
图四 青少年HFD对mPFC中小胶质细胞形态的影响 神经发育和神经行为异常中的小神经胶质细胞活性与神经元可塑性之间的密切相关性已得到证实。由于形态学与小胶质细胞的功能显著相关，通过使用电离子钙结合衔接分子1（Iba1，小胶质细胞特异性标记物）和分化簇68（CD68，吞噬细胞小胶质细胞标记）。小胶质细胞的代表性共聚焦图像与每组的Iba1和 CD68共染色发现两组间的小胶质细胞密度无统计学差异。与对照组相比，HFD组的小胶质细胞体细胞面积增加，表明小胶质细胞过度活化。此外，小胶质细胞表型特征使用基于Iba1+小胶质细胞内CD68表达的评分进行表征，分数越高表示小胶质细胞激活程度越高。青少年HFD导致CD68+小胶质细胞比例增加，进一步证明HFD导致mPFC中小胶质细胞的激活状态更高。
图五 青少年HFD摄入对mPFC中PSD95斑点小胶质细胞吞噬作用的影响 据报道，小胶质细胞对突触物质的异常吞噬作用会导致神经系统疾病的发展。为了确定小胶质细胞吞噬作用是否与在HFD喂养的青春期小鼠中观察到的神经可塑性改变有关，作者获得了mPFC的PL和IL中突触后致密区的一种富集蛋白PSD95和Iba1双标记免疫荧光图像。在三维投影图像中观察了所有小鼠组中PSD95阳性斑点的小胶质细胞吞噬情况。与通过高尔基体染色获得的神经可塑性数据类似，HFD组的小鼠在mPFC的PL和IL中表现出总体 PSD95密度显著降低。接下来作者借助三维量化了每个小胶质细胞共定位到 Iba1的PSD95阳性斑点信号。与对照的小鼠相比，在喂食HFD的小鼠中，PL和 IL中每个小胶质细胞与Iba1共定位的PSD95斑点的体积和综合荧光强度增加，这些发现表明青少年HFD促进PSD95斑点的小胶质细胞吞噬作用。 综上所述，青春期的HFD明显诱导了小鼠的焦虑和抑郁样行为。该研究首次证明了青少年HFD摄入对mPFC锥体神经元形态的不利影响，这可能与 mPFC中小胶质细胞过度激活相关的突触元件的小胶质细胞吞噬作用增强有关。研究结果强调了在神经发育的敏感窗口（例如青春期）保持健康饮食习惯的重要性，并为前额锥体神经元和小胶质细胞在HFD诱导的神经行为障碍中的关键作用提供了进一步的证据。该研究表明，小胶质细胞是神经可塑性和行为异常的关键介质，为情绪障碍提供了新的潜在治疗靶点和干预策略。  https://www./1422-0067/24/11/9394 |
|
|
