神经元Hemokinin-1在运动中枢广泛表达及其对年龄相关运动功能衰退的保护作用

《GeroScience》：Widespread neuronal hemokinin-1 expression in motor regions and its protective role in age-related impairment

本研究聚焦于神经肽Hemokinin-1(HK-1)在年龄相关性运动协调和肌肉力量衰退中的作用。研究人员通过RNAscope和qPCR技术，揭示了HK-1在小鼠和人类运动协调中枢（如运动皮层、基底节和小脑）的广泛表达，并发现其表达量随年龄增长而变化。利用HK-1基因敲除(Tac4-/-)小鼠进行行为学测试（Rotarod、静态杆、水平杆和网格测试）发现，HK-1缺失会加剧中年雄性小鼠的运动协调能力下降，但对肌肉力量的影响则表现出复杂的年龄和性别依赖性。结果表明，HK-1在衰老过程中，尤其是在雄性个体中，对维持运动协调功能具有保护作用，这为理解年龄相关运动功能衰退的机制提供了新视角。

　　

随着全球人口老龄化的加剧，年龄相关的健康问题日益凸显。到2050年，预计全球22%的人口将超过60岁。衰老伴随着一系列身体功能的衰退，其中运动功能的下降尤为显著，包括运动协调能力恶化以及肌肉力量减弱。这些变化不仅增加了老年人发生跌倒、骨折和身体残疾的风险，也给医疗系统带来了沉重负担。因此，深入探究衰老过程中运动功能衰退的分子和神经机制，对于开发有效的干预策略至关重要。

神经肽是神经系统内重要的信号分子，参与调节多种生理过程。Hemokinin-1 (HK-1)是速激肽家族的一员，由Tac4基因编码。尽管早期研究发现HK-1在免疫系统中表达，但后续研究证实其在中枢神经系统（如小脑、大脑皮层和脊髓）以及外周组织（如骨骼肌）中也广泛存在。HK-1与著名的速激肽P物质结构相似，并能作为NK1受体的激动剂发挥作用。此前的研究提示HK-1可能在疼痛、应激反应和抑郁样行为中扮演角色，然而，它在年龄相关性运动功能衰退中的作用却完全未知。鉴于HK-1在小脑（一个重要的运动协调中枢）中高表达，研究人员推测它可能参与调节运动功能。

为了回答这个问题，由匈牙利佩奇大学医学院药理学和药物治疗学系的Eva Borbely等人领导的研究团队在《GeroScience》上发表论文，首次系统地描绘了HK-1在运动和协调中枢的表达图谱，并利用基因敲除动物模型，深入探究了HK-1在衰老过程中对运动协调和肌肉力量的双重影响，同时特别关注了性别差异。

为开展此项研究，作者团队运用了几项关键技术：1. 利用RNAscope原位杂交技术，精准定位了Tac4 mRNA在小鼠和人类（样本来自人类脑组织库，post-mortem间隔1-12小时）运动皮层、基底节、小脑和脊髓等运动协调相关脑区的细胞特异性表达。2. 采用实时荧光定量PCR (qPCR) 技术，分析了小鼠小脑和比目鱼肌中Tac4 mRNA表达随年龄（3-4月龄年轻，12月龄中年，18月龄老年）的变化。3. 通过一套综合的行为学测试组合（Rotarod测试和静态杆测试评估运动协调性；水平杆测试和网格测试评估肌肉力量），在雄性和雌性C57BL/6野生型(WT)和HK-1缺陷型(Tac4^-/-)小鼠上，系统评价了年龄和HK-1缺失对运动功能的影响。

Tac4表达在小鼠和人类运动协调系统中广泛存在

研究人员利用高分辨率的RNAscope原位杂交技术，首次详细描绘了HK-1在运动通路中的表达谱。结果显示，在小鼠的初级(M1)和次级(M2)运动皮层，Tac4 mRNA在Vglut1阳性的谷氨酸能兴奋性神经元和Gad1阳性的GABA能抑制性神经元中均有表达。

在基底节区域，包括尾壳核的Gad1阳性抑制性中间神经元、内侧苍白球以及黑质网状部的酪氨酸羟化酶(TH)阳性多巴胺能神经元中，也检测到Tac4的表达。此外，腹侧丘脑核的Vglut2阳性神经元以及小脑浦肯野细胞（对运动协调至关重要）也表达Tac4。在腰椎脊髓前角的胆碱能(Chat阳性)运动神经元中同样存在Tac4 mRNA。更重要的是，在人类脑组织样本（运动皮层、壳核和小脑）中，研究团队同样证实了TAC4基因在VGLUT1阳性兴奋性神经元和GAD1阳性抑制性神经元中的表达，这凸显了HK-1在运动调节中作用的跨物种相关性。

Tac4表达随年龄增长在小脑中增加而在肌肉中减少

qPCR分析显示，Tac4 mRNA在小脑和骨骼肌的所有年龄段均有稳定表达，但其表达水平随年龄动态变化。特别值得注意的是，在12月龄和18月龄小鼠的小脑中，Tac4 mRNA水平显著升高（分别升高约3.5倍和1.5倍）。而在肌肉组织中，Tac4 mRNA水平在12月龄时最高，随后有所下降。这种表达模式的差异暗示HK-1在中枢神经系统和外周组织中可能扮演不同的角色。

运动协调性随年龄增长而恶化且存在性别差异

行为学实验结果表明，衰老显著降低了野生型小鼠的运动协调能力。在Rotarod测试（评估动态协调性）和静态杆测试（评估静态协调性）中，老年（18月龄）小鼠的表现均显著差于年轻（3-4月龄）小鼠。此外，研究还发现了明显的性别差异：在所有年龄段，雌性小鼠的运动协调能力均优于雄性小鼠。

肌肉力量随年龄增长而减弱

评估肌肉力量的水平杆测试和网格测试结果一致表明，野生型小鼠的肌肉力量随年龄增长而显著下降。与运动协调性类似，雌性小鼠在肌肉力量测试中也表现出优于雄性小鼠的趋势，表明雌性在衰老过程中肌肉功能的衰退相对较轻。

Hemokinin-1缺陷影响运动协调性

HK-1的缺失对运动协调性的影响呈现出年龄和性别依赖性。在中年（12月龄）雄性Tac4^-/-小鼠中，Rotarod测试的停留时间显著缩短，静态杆测试中的转向时间和通过时间显著延长，表明其运动协调能力严重受损。然而，在年轻（3月龄）雌性Tac4^-/-小鼠中也观察到了运动协调能力的下降，但在中年和老年雌性中这种差异不明显。这提示HK-1对运动协调的保护作用在雄性中年阶段尤为关键。

Hemokinin-1以年龄和性别依赖的方式影响肌肉力量

HK-1对肌肉力量的调节作用更为复杂。令人惊讶的是，在年轻和中年雄性Tac4^-/-小鼠中，肌肉力量反而优于野生型对照。然而，在老年（18月龄）阶段，情况发生逆转，无论是雄性还是雌性Tac4^-/-小鼠，其肌肉力量均显著弱于野生型小鼠。这表明HK-1对肌肉力量的影响具有双重性：在青年和中年时期可能具有抑制性作用，而在老年时期则发挥保护性作用。

综上所述，本研究首次揭示了神经肽HK-1在哺乳动物运动协调中枢的广泛表达，并系统阐明了其在年龄相关性运动功能衰退中的复杂作用模式。研究结论指出，HK-1对运动协调功能，尤其是在雄性个体中，主要发挥保护性作用，这可能与其在小脑等运动中枢随年龄增长而增加的表达有关。相比之下，HK-1对肌肉力量的调节则表现出年龄和情境依赖性，其在老年时期才显现出保护作用，这可能源于其在中枢神经系统和外周组织（如肌肉）中通过不同受体介导的、甚至可能相互拮抗的功能。这种作用的性别差异可能源于HK-1与下丘脑-垂体-性腺轴的相互作用以及对性激素水平的潜在影响。

这项研究的发现具有重要意义。它不仅增进了我们对神经肽在衰老过程中调节运动功能的理解，而且提示HK-1及其相关信号通路可能成为未来干预年龄相关运动功能衰退的潜在新靶点。鉴定HK-1的具体作用靶点和信号通路，将为开发改善老年人运动能力和生活质量的策略开辟新的前景。