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糾結:老化會影響腦幹細胞供應血管的性別特異性

糾結:老化會影響供應血管的腦幹細胞

男人來自火星,女人來自金星。 儘管這句話說明了每個性別都習慣了自己的情感平衡、文化和價值觀——或者打個比方,生活在不同的星球上——但它並不能解釋為什麼隨著年齡的增長,男性和女性的記憶和認知功能會下降不同的費率。

分析小鼠生命週期不同階段的大腦及其相關脈管系統的 3D 重建, 趙和同事發現,血管老化有顯著的性別差異,為負責調節腦幹細胞活動的大腦區域提供能量。 伴隨這些血管變化,男性的腦幹細胞數量、增生和遷移隨著年齡的增長而顯著下降,而女性則沒有。 這項研究強調了解決老化如何造成性別差異的重要性,表明治療大腦健康所需的干預類型可能會因性別和年齡而異。

腦室下區蘊藏著腦幹細胞

位於大腦中部的區域稱為腦室-腦室下區(V-SVZ),其中蘊藏著腦幹細胞。 這些細胞的任務是在成年小鼠大腦的整個生命週期中補充某些神經元群。 隨著年齡的增長,V-SVZ 生成的新神經元急劇減少,並伴隨著生態位的變化,生態位是提供特定微環境的組織區域,幹細胞在其中以未分化和自我更新的狀態存在。

對特殊 V-SVZ 脈管系統的反應研究較少,與其他幹細胞生態位一樣,它在為細胞提供營養和氧氣方面發揮著至關重要的作用。 研究表明,V-SVZ 微環境中的血管可以保存靜止幹細胞池,並促進增殖和神經生成(大腦中形成新神經元的過程)。 但是,這些觀察是在老年男性中進行的,因此生態位和神經幹細胞譜系對女性老化的反應尚不清楚。 沿著這些思路,V-SVZ 中尚未研究血管參數(如直徑和彎曲度)如何隨年齡和性別而變化。 

v-SVZ 生態位中的血管保留靜止幹細胞池並促進增生和神經發生

腦幹細胞血管系統隨性別而老化

趙和同事利用不同生命階段的雄性和雌性小鼠的 3D 技術重建 V-SVZ,創建了 V-SVZ 性別特異性老化的蒙太奇。 使用基於電腦的公正分析使研究人員能夠解決一些長期存在的重要問題,例如生態位是否具有性別二態性以及老化是否影響腦幹細胞行為和生態位結構的性別差異。

透過檢查整個 3D 生態位,趙和同事發現了顯著的性別差異,女性在老年時相對倖免。 隨著年齡的增長,女性的血管直徑增加,但血管密度降低,而男性的血管直徑減小,迂曲度和血管密度增加。 具體來說,雄性小鼠的 V-SVZ 血管直徑隨著年齡的增長而減小,但在雌性小鼠生命後期會增加,包括第二批較大毛細血管的獲得。 這導致老年男性的血管直徑比老年女性小得多。

趙和同事推測,男性和女性可能以不同的方式補償與年齡相關的血管變化。 他們認為,雄性可以透過增加密度來補償與年齡相關的狹窄、曲折血管的增加,而雌性可以透過增加血管直徑來補償密度的降低。

腦幹細胞經歷年齡和性別特異性的變化

除了血流外,V-SVZ 血管也引導腦幹細胞的遷移。 當Zhao和同事檢查這條細胞鏈如何隨年齡變化時,他們發現V-SVZ腦幹細胞的密度隨著年齡的增長而下降,而且無論男女。 然而,隨著年齡的增長,男性的這些腦幹細胞變得更加混亂,而女性則不然。 腦幹細胞也存在性別特異性的遷移模式。 在幼年動物中,腦幹細胞非常接近最近的血管表面。 隨著年齡的增長,男性腦血管離血管表面越來越近,而女性的神經母細胞則遠離血管表面。

這種情況是如何發生的尚不清楚,但可能與趙和同事觀察到的血管結構的巨大變化有關。 到了老年,雄性小鼠的血管密度增加,血管彎曲度增加,因此正常的神經母細胞引導和遷移可能會被破壞,導致 V-SVZ 腦幹細胞被困在血管系統附近。 相較之下,在老年的雌性小鼠中,血管變得不那麼密集,直徑更大,並且不那麼曲折,因此現有鏈附近的血管可能更少,並且可能促進V-SVZ幹細胞遠離血管的遷移。

總體而言,這些實驗表明,男性的腦幹細胞及其譜系後代比女性更容易老化。 「我們發現了與年齡相關的複雜變化,這些變化與性別有關,」趙和同事說。 「最值得注意的是,雄性小鼠對生態位中的衰老表現出更劇烈、有害的反應,V-SVZ 血管變得更窄、更曲折、更密集,同時[腦血管] 損失更大,祖細胞增殖受損更大。和遷移比在女性中觀察到的要多。

特定於性別的存在鏈

在這項研究中,Zhao 及其同事提供了有關 V-SVZ 生態位隨年齡的複雜、性別依賴性變化的新資訊。 這項研究表明,老化對男性和女性的血管生態位和腦幹細胞的影響不同,強調了在幹細胞調節研究中解決性別和年齡等生物變量相互作用的重要性。 值得探索的是,這些變化是否會導致男性和女性年齡相關腦部疾病的不同療程。

參考:

趙X,王Y,等E,等。 對完整心室-心室下區幹細胞生態位的 3D 影像分析揭示了男性與女性隨著年齡增長而出現的顯著脈管系統變化和祖細胞缺陷[線上發布,2021 年 3 月 30 日印刷]。 幹細胞報告。 2021;S2213-6711(21)00142-9。 doi:10.1016/j.stemcr.2021.03.012



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