陈刚/杨莉点评 Phytomedicine︱河南中医药大学王君明团队揭示地黄梓醇抗抑郁作用的性别差异及其机理

学术   2024-10-14 00:01   上海  

【神经科学前沿技术培训系列】详见文末


撰文巫晓慧

审阅︱王君明

点评陈  刚(暨南大学),杨莉(上海中医药大学)

责编︱王思珍


抑郁症的临床特点是发病率高、死亡率高、致残率高、存在显著的性别差异,这加剧了抑郁症的危害性并影响了抑郁症的治愈率,给公众带来巨大健康负担,并引发了一系列社会问题。了解抗抑郁药的性别差异特点对于制定个体化用药方案以提高患者依从性、治愈率至关重要,然而,目前抗抑郁药物的性别分类尚不明确,药效性别差异的靶点也不明确,部分抗抑郁药还存在高毒副作用的缺点。必须找到安全、针对性别特异性强且机制明确的抗抑郁药。近年来,中药及其所含天然产物在预防和治疗抑郁症等中枢神经系统疾病方面显示出较好的疗效和较少的不良反应,从中药及其所含的天然产物中挖掘安全、高效的抗抑郁药是当前研究的重点。然而,目前对于天然产物抗抑郁的性别属性特点和机制的研究非常缺乏。


近日,河南中医药大学药学院王君明教授团队在Phytomedicine上发表了题为Role of SIRT1-mediated synaptic plasticity and neurogenesis: Sex-differences in antidepressant-like efficacy of catalpol的文章,在团队近期发现地黄的抗抑郁活性存在性别差异,梓醇能作为表征地黄抗抑郁作用性别差异的主要药效物质的基础上,该团队利用行为药理学、分子生物学、生物信息学等的方法研究了梓醇抗抑郁作用性别差异的具体特点,发现在相同的干预条件下对于雌性小鼠起效更快、作用更强,并进一步阐明了梓醇抗抑郁作用性别差异机理涉及SIRT1介导的突触可塑性和神经发生,且SIRT1能够作为梓醇抗抑郁作用性别差异的分子靶点。本研究为促进地黄和梓醇将来可能开发为性别针对性、个性化、合理化、精准化的抗抑郁制剂提供了新启示并奠定了坚实的基础。

 

首先,为了探究慢性不可预见性温和应激(CUMS)诱导抑郁模型中的潜在性别差异特点,采用经典行为测试来评估CUMS暴露13周后的6个阶段小鼠的持续行为特征,发现雌性小鼠比雄性小鼠更早地表现出抑郁的迹象(图1,雌性小鼠在CUMS建模3周时表现出抑郁行为,而雄性小鼠在CUMS建模5周后才表现出显著的抑郁行为,并且CUMS诱导的雌性小鼠总体抑郁程度高于雄性小鼠。


然后,为了探究梓醇抗抑郁作用性别差异的时效和作用强度特点,同样采用经典行为测试来评估梓醇处理258周的小鼠的三阶段持续行为特征,发现梓醇给药2周对于雌性小鼠表现出抗抑郁作用,比在雄性小鼠上提前3周发挥药效。梓醇在多种经典抑郁行为测试包括糖水偏爱试验(SPT)、强迫游泳试验(FST)、悬尾试验(TST)、旷场实验(OFT)中对于雌性抑郁行为逆转率高于雄性(图1这一结果表明梓醇抗抑郁作用表现出性别差异性,其特点表现在相同的干预条件下对于雌性小鼠起效更快、作用更强。

 
1 梓醇抗抑郁作用的性别差异特征是对雌性比雄性起效更快且作用更强


为了探究梓醇抗抑郁作用性别差异的机理,研究人员采用网络药理学预测到梓醇抗抑郁作用性别差异的关键机制和靶点可能涉及突触可塑性、神经发生及SIRT1。进而,通过分子对接技术评估了梓醇与SIRT1、突触可塑性、神经发生关键分子的相互作用,并评估了梓醇与SIRT1相互作用的稳定性,还模拟了SIRT1与突触可塑性和神经发生关键分子的相互作用(图2总之,这一结果预测到SIRT1介导的突触可塑性和神经发生可能参与梓醇抗抑郁作用性别差异的分子机制。

 
2 分子对接模拟梓醇可能与预测的SIRT1介导的突触可塑性和神经发生相关的重要分子结合

梓醇抗抑郁作用的性别依赖性差异还表现在对雌性突触可塑性增强更敏感

为了初步确认梓醇抗抑郁作用性别差异的机理,研究人员采用苏木精&伊红(H&E)染色、尼氏染色评估雌雄小鼠海马神经元损伤程度及其性别差异性,通过高尔基染色结合高倍显微镜观测和Sholl定量分析评估小鼠海马突触损伤指标的性别差异,通过Real-time PCRRT-PCR)、Western blot、免疫荧光技术结合荧光显微镜观测、定量分析评价梓醇对于海马SIRT1分子、突触功能关键分子和神经发生因子的基因和蛋白表达水平调控作用的性别差异性。结果发现梓醇改善雌性小鼠海马神经元损伤(包括改善神经元异常固缩和尼氏小体异常萎缩)、突触损伤(包括改善总神经元密度、树突分枝数、树突棘密度)情况、突触可塑性关键分子突触后密度蛋白95PSD95)和突触素(SYP)的mRNA和蛋白表达、荧光阳性水平情况优于雄性(图3,梓醇上调雌性神经发生关键通路Wnt3a/β-catenin/糖原合酶激酶(GSK-3β的情况、改善雌性神经发生关键分子双皮质素(DCX)、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、生长关联蛋白43GAP43)和微管相关蛋白 2MAP2)的荧光阳性表达水平和上调神经发生关键基因c-mycCyclinD1Ngn2NeuroD1mRNA水平情况优于雄性(图4,梓醇上调雌性小鼠SIRT1mRNA和蛋白情况优于雄性(图5这些结果首次确认SIRT1介导的突触可塑性和神经发生可能参与梓醇抗抑郁作用性别差异的分子机制。

 
4 梓醇抗抑郁作用的性别依赖性差异也表现为对雌性神经发生增强更敏感

 
5 梓醇抗抑郁作用的性别依赖性差异也表现为对雌性SIRT1分子上调更敏感


为了进一步验证梓醇抗抑郁作用性别差异的机理是否的确涉及SIRT1靶点,研究人员采用经典的CUMS诱导的雌雄抑郁小鼠模型结合SIRT1的抑制剂和激动剂,CUMS应激造模5周后灌胃给药梓醇8周,期间运用经典的抑郁行为学测试指标包括TSTFST中不动时间、SPT中糖水偏爱度、OFT中的跨格次数和站立次数,考察SIRT1激动或者抑制前后给药梓醇258周时抑郁行为学。RT-PCRWestern blot结果证实SIRT1可被ResveratrolRES)激活和被EX527抑制,且RES激活和EX527抑制干预SIRT1的效果在雌雄小鼠上几乎没有性别差异。行为学测试结果发现SIRT1激活促使梓醇抗抑郁作用性别差异性保留,即对雌性小鼠发挥抗抑郁作用更快,效果更强,SIRT1抑制消除了梓醇的抗抑郁作用性别差异特性(图6这一结果表明SIRT1分子参与梓醇抗抑郁作用性别差异的分子机制,并且SIRT1能够作为梓醇抗抑郁的分子靶点。

 
6 SIRT1分子参与梓醇抗抑郁作用性别差异的分子机制


为了进一步验证梓醇抗抑郁作用性别差异的机理是否的确涉及SIRT1介导的突触可塑性和神经发生,研究人员通过H&E染色、尼氏染色、高尔基染色、免疫荧光、Western blotRT-PCR等技术检测雌雄小鼠海马中SIRT1介导的突触可塑性和神经发生途径关键生物表型和分子表达的情况,来进一步验证梓醇抗抑郁作用性别差异的机制是否涉及SIRT1介导的突触可塑性和神经发生。结果证实,一方面,SIRT1激活促使梓醇改善突触可塑性的性别差异性保留。表现在SIRT1激活并且给药梓醇后雌性小鼠的神经元损伤程度更低、神经元密度更高、树突分枝数更高、树突棘密度更高、PSD95SYPmRNA、荧光阳性、蛋白表达水平更高;SIRT1抑制消除了梓醇改善突触可塑性的性别差异特性(图7。另一方面,SIRT1激活促使梓醇增强神经发生的性别差异性保留,表现在SIRT1激活并且给药梓醇后Wnt3a的蛋白表达和β-catenin的蛋白磷酸化水平更高,c-mycCyclinD1Ngn2NeuroD1mRNA表达更高,GAP43MAP2的荧光阳性表达更高;SIRT1抑制消除了梓醇增强神经发生的性别差异特性(图8这些结果表明SIRT1介导的突触可塑性和神经发生参与梓醇抗抑郁作用性别差异的分子机制。此外,对地黄梓醇抗抑郁作用的性别差异及其机制的总结梳理(图9

 
7 SIRT1介导的突触可塑性参与梓醇抗抑郁作用性别差异的分子机制

 
8 SIRT1介导的神经发生参与梓醇抗抑郁作用性别差异的分子机制

 
梓醇抗抑郁作用性别差异及其机制总结


文章结论与讨论,启发与展望

综上所述,本研究发现了梓醇抗抑郁作用性别差异的特点,即梓醇对于雌性起效更快、作用更强。此外,本研究揭示了梓醇抗抑郁作用性别差异背后的潜在机制,表明SIRT1介导的突触可塑性和神经发生在梓醇抗抑郁作用性别差异的过程中起着至关重要的作用(图9。本研究为应对当前抑郁症防治缺乏性别专属性、安全、高效药物窘境提供了一定的参考方案,发掘了梓醇可能具有开发为女性抑郁症用药的潜力。



专  家  点  评

陈刚(教授,暨南大学)


抑郁症属于一种高度流行的情感障碍性疾病,与当代生活中过度遭受的慢性长期压力有关,在中国乃至全球的发病率高、复发率高、致死率高、致残率高,对人类健康带来严重危害、为家庭和社会造成沉重负担。目前数据显示育龄女性重度抑郁症或情感障碍疾病的发生风险可能是男性的2~3倍,并且女性的抑郁症往往更严重,进入围绝经期后女性临床上出现抑郁症状的风险比以前增加了两至四倍。不同性别抑郁症患者在发病率、症状表现及抗抑郁的反应上表现出显著的性别差异,研究抑郁症和抗抑郁药的性别差异的因素、表型、机理,对于制定性别分类清晰的个体化用药方案以提高患者依从性、治愈率至关重要。然而,目前对于抑郁症用药的性别特异性研究十分匮乏。


河南中医药大学王君明教授团队最新在Phytomedicine杂志发表的研究成果,首次揭示地黄及其梓醇抗抑郁作用存在性别差异性,采用经典行为药理学手段在药效层面上探究梓醇给药后小鼠多阶段特征,发现梓醇抗抑郁作用具有性别差异特点,在相同的干预条件下对于雌性小鼠起效更快、作用更强。这具有重要的意义和价值,一定程度应对了针对抗抑郁药物性别差异性的研究比较薄弱的问题,对目前女性治疗更急需的用药现状具有参考价值。


王君明教授团队系统解析了梓醇抗抑郁作用性别差异的的分子机制,首先利用生物信息学手段预测该机制可能涉及SIRT1介导的突触可塑性和神经发生,通过测定SIRT1通路、突触可塑性和神经发生的关键指标,对该性别差异的机制进行了深入的验证,结果证实梓醇激活海马SIRT1通路具有性别差异性,对雌性小鼠的突触可塑性和神经发生的增强作用也更敏感,进而通过使用SIRT1抑制剂和诱导剂结合药理学等手段,确认SIRT1介导的突触可塑性和神经发生可能是介导梓醇抗抑郁作用性别差异的关键机制。该研究表明在雌性抑郁小鼠上,梓醇更有效地激活海马中SIRT1靶点及其介导的海马突触可塑性和神经发生作用,从而可能对雌性动物发挥更快、更强抗抑郁作用。


该研究不仅丰富了抑郁症发病及防治中性别差异的理解,也为开发新型抗抑郁药物提供了新的思路和潜在靶点。鉴于地黄在传统中医药中的广泛应用,以及梓醇的天然来源和相对较低的毒性,该研究为将来应用和开发地黄治疗女性抑郁症提供了一定的科学依据。


杨莉(长江学者特聘教授,上海中医药大学)


当今社会抑郁症多发且危害性很大,目前学术界对于抑郁症的应对策略研究不在少数,但目前关于抑郁症性别差异方面的研究和治疗药物的性别差异性研究较少。女性和男性抑郁症发病率和对抗抑郁药的反应存在性别差异,由于女性特殊的生理阶段,使得女性抑郁症发病率更高,并且对于女性抗抑郁用药的安全性和精准性要求更高。但是目前针对抗抑郁药性别属性研究尤其是对女性抑郁症适用性研究较少。


河南中医药大学王君明教授团队利用行为药理学、生物信息学、分子生物学等的多种方法结合,由浅入深地分析了地黄及其主要药效物质梓醇抗抑郁作用的性别差异特点,并得到在相同的干预条件下,梓醇抗抑郁作用存在显著性别差异性,对雌性小鼠起效更快、作用更强的重要发现,这在很大程度上应对了目前女性抑郁症发病率更高,更急需用药的现状。王君明教授团队进一步借助多种技术、利用SIRT1靶点抑制剂和诱导剂阐明了梓醇抗抑郁作用性别差异机理涉及SIRT1及介导的突触可塑性和神经发生。这启发我们将来如果开发梓醇为女性抗抑郁剂时,联用SIRT1的激动剂可能会增强梓醇药效发挥。而对于男性抑郁症,可能需要提前用药或者加倍用药以有助于梓醇对于男性抑郁症药效更好的发挥。

研究为中药及其活性成分抗抑郁研究提供了新的思路,为针对地黄和梓醇将来开发为性别分类清晰的抗抑郁药物奠定了一定的实验基础。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.phymed.2024.156120

河南中医药大学药学院博士巫晓慧为论文的第一作者,河南中医药大学药学院王君明教授为本文通讯作者。该研究获得国家自然科学基金面上项目、河南省自然科学基金杰出青年科学基金、河南省级科技研发计划联合基金(优势学科培育类)项目的资助。


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