星形胶质细胞p38α MAPK在雌性小鼠非病理性衰老过程中调控海马神经炎症、突触功能及线粒体代谢的作用研究

《GeroScience》：Early loss of astrocyte p38α MAPK reduces hippocampal neuroinflammation, enhances synaptic strength, and increases non-synaptic mitochondrial uncoupling in female mice during non-pathological aging

本研究聚焦于非病理性衰老过程中星形胶质细胞p38α MAPK的关键作用。为解决衰老相关神经炎症与突触功能障碍机制不清的问题，研究人员利用Aldh1l1-CreERT2诱导性基因敲除模型，发现年轻期（3-4月龄）敲除雌性小鼠星形胶质细胞p38α可显著改善老年期（21-24月龄）海马神经炎症（降低IL-33、改善小胶质细胞形态）、增强突触强度，并伴随外周GFAP水平降低及非突触线粒体解偶联呼吸增强。该研究揭示了星形胶质细胞p38α信号通路作为调控脑衰老进程的新靶点，为神经退行性疾病防治提供了新思路。

　　

随着全球人口老龄化加剧，理解大脑如何健康衰老已成为生命科学领域的核心挑战。在非病理性衰老过程中，大脑会经历一系列微妙但重要的变化，包括神经炎症水平升高和突触功能逐渐减弱。这些变化虽然不像阿尔茨海默病等神经退行性疾病那样剧烈，但却是影响老年人认知功能维持的关键因素。在细胞层面，星形胶质细胞作为中枢神经系统中数量最多的胶质细胞，在维持大脑内环境稳定方面扮演着多重角色，包括支持神经元代谢、调节突触传递和参与免疫反应。

p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase, MAPK）是细胞应激反应的核心调节因子，其中p38α亚型在全身炎症和代谢过程中尤为关键。以往研究多集中于神经元和小胶质细胞中的p38功能，尤其是在神经损伤背景下。然而，在正常衰老过程中，星形胶质细胞p38α的具体作用却鲜为人知。已有研究表明，p38信号参与星形胶质细胞衰老过程，且星形胶质细胞p38α能通过调节神经递质释放影响海马长时程抑制（long-term depression, LTD）和记忆功能。这些发现提示星形胶质细胞p38α可能是协调神经炎症和神经元反应的关键节点，但其在非病理性衰老背景下的具体作用尚待阐明。

为了回答这一问题，由Caleb S. Bailey等人组成的研究团队在《GeroScience》上发表了一项创新性研究。他们设计了一项实验，旨在探讨在正常衰老过程中特异性敲除星形胶质细胞p38α是否能够改变大脑的衰老轨迹。研究人员假设，早期干预星形胶质细胞p38α信号通路可能重新编程神经功能，从而在衰老过程中产生有益效果。

研究团队创建了一种条件性基因敲除模型，使小鼠星形胶质细胞中的p38α基因能够在特定时间点被特异性删除。他们在小鼠年轻性成熟期（3-4个月大）时给予他莫昔芬诱导基因敲除，然后将小鼠饲养至老年（21-24个月大）再进行各项分析。这种实验设计使得研究人员能够评估早期干预对长期衰老结果的影响。

研究采用的主要技术方法包括：利用他莫昔芬诱导的Aldh1l1启动子驱动Cre重组酶在p38α基因floxed小鼠中实现星形胶质细胞特异性基因敲除；通过免疫组织化学和MesoScale Discovery（MSD）电化学发光检测技术分析海马区小胶质细胞形态和细胞因子水平；采用细胞外场兴奋性突触后电位记录评估海马CA1区突触功能；进行海马组织批量RNA测序分析转录组变化；以及使用Seahorse XFe96通量分析仪测量分离的非突触线粒体氧消耗率以评估线粒体生物能量学功能。

早期敲除星形胶质细胞p38α对老年动物的影响

研究人员首先验证了基因敲除模型的有效性，发现Cre介导的重组发生在约85%的星形胶质细胞中，伴随星形胶质细胞特异性p38α约96%的缺失。重要的是，这种早期敲除在动物衰老至21-24个月时仍然保持，表现为RFP报告基因的持续表达。敲除单一日p38α亚型足以使脑内总体p38活化水平（磷酸化p38/总p38）降低约25%，且未观察到显著的健康状况或死亡率差异。

星形胶质细胞p38α敲除减轻神经炎症并增强突触功能，但仅见于雌性小鼠

研究发现，星形胶质细胞p38α敲除在老年雌性小鼠中产生了显著的有益效果，而在雄性小鼠中效果不明显。通过IBA1免疫组化分析和HALO微胶质细胞活化算法，研究人员发现老年雌性小鼠的小胶质细胞通常表现出较短粗的突起，被分类为"非分枝化"（活化状态），而敲除p38α后这些细胞变得更加"分枝化"（静止状态）。在细胞因子水平上，敲除使雌性小鼠海马中IL-33水平显著降低，并消除了IL-1β、KCGRO和TNFα的性别差异。值得注意的是，海马组织中GFAP染色或GFAP阳性细胞总数无组间差异，表明p38α可能主要调节星形胶质细胞激活的功能后果而非其激活状态本身。

在突触功能方面，电生理记录显示p38α敲除的老年雌性小鼠海马CA1区 stratum radiatum的纤维伏安振幅和输入/输出（I/O）比率（最大fEPSP斜率/最大纤维伏安振幅）显著增强，表明基础突触强度增加。长时程增强（LTP）无显著变化，而配对脉冲分析显示性别主效应显著（老年雄性小鼠的强化高于雌性），但敲除无显著影响。这些发现表明，星形胶质细胞p38α敲除在老年雌性背景下增强了基础突触强度，可能涉及突触前和突触后机制。

基因表达谱揭示性别特异性变化

海马组织批量RNA测序分析进一步证实了星形胶质细胞p38α敲除引起的性别特异性变化。聚类分析显示，基因表达变化按p38状态和性别明显分离。在1990个因敲除而差异表达的基因中，1211个为雄性特有，649个为雌性特有，仅130个在两种性别中重叠。KEGG通路富集分析显示，MAPK信号通路是唯一在两种性别中都出现的通路。与Perez等人报道的2086个年龄相关差异表达基因列表比较，发现有251个（约12%）基因也受p38α敲除调控，其中194个在雄性中差异表达，84个在雌性中差异表达，27个重叠。这些基因在STRING-DB中的富集分析显示，肌动蛋白结合、应激反应和磷蛋白等在雌性特有列表中富集，与p38的已知功能一致。

星形胶质细胞p38α敲除的早期效应

为理解老年期观察到的变化的基础早期事件，研究人员检测了8月龄雌性小鼠的外周生物标志物水平。发现p38α敲除显著降低了血浆GFAP水平，而对神经丝轻链（NfL）和总tau无显著影响，表明p38α缺失可能以有益方式改变星形胶质细胞功能而不引起神经元扰动。

在线粒体功能方面，Seahorse分析显示，12月龄雌性小鼠海马非突触线粒体的状态IV（解偶联）呼吸显著增强，而状态III（复合物I）和状态V（复合物I和II）呼吸无差异。线粒体解偶联可减少活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生，这一发现为p38α敲除的有益效应提供了潜在的代谢机制解释。

研究结论与讨论部分强调，早期敲除星形胶质细胞p38α能在雌性小鼠非病理性衰老过程中重新编程神经功能，产生减轻神经炎症、增强突触功能的有益效果。这些效应可能与观察到的线粒体解偶联增强及随之可能的氧化应激减少有关。性别差异可能源于星形胶质细胞p38α信号传导的性别二态性或雄性和雌性老年大脑环境中的其他差异。

值得注意的是，外周GFAP水平的降低并不伴随海马GFAP水平的变化，提示p38α可能调节GFAP的产生或清除，而非星形胶质细胞的激活状态本身。这一发现与临床观察一致，即脑渗透性p38抑制剂Neflamapimod也能降低路易体痴呆患者的外周GFAP水平，表明其作用可能部分通过星形胶质细胞介导。

该研究的创新性在于首次在非病理性衰老模型中系统评估了星形胶质细胞特异性p38α敲除的长期效应，并揭示了明显的性别差异性。研究结果将星形胶质细胞p38α定位为大脑代谢、神经炎症和整体功能的关键调节因子，为开发针对年龄相关神经退行性疾病的治疗策略提供了新靶点。然而，仍需进一步研究确定这些性别差异是细胞自主性还是环境依赖性的，并在各种神经病理背景下扩展这些发现。