PNAS|美国国立卫生研究院陆伟团队发现通过靶向应激反应信号通路可逆转焦虑症

学术   2024-11-12 00:00   上海  

【神经科学前沿技术培训系列】详见文末


撰文︱刘  璐

责编︱王思珍


慢性压力是导致包括创伤后应激障碍、焦虑和抑郁等多种神经发育障碍和精神障碍的主要因素[1,2]焦虑和抑郁障碍作为全球范围内最普遍的精神健康障碍,影响着大约33%的世界人口[3-5]


目前国内外分析和研究表明,针对GABAA受体和5 -羟色胺转运体的焦虑和抑郁障碍现有药物虽能有效缓解焦虑,且通常耐受性良好,但也存在副作用、成瘾风险等问题[6-8]因此,为了优化药物疗效同时最大限度地减少不良反应,确定与焦虑和抑郁行为直接相关的特定信号通路成为关键。


众所周知,慢性应激可以通过失调多种信号通路诱导化学突触发生显著改变,突触缺陷主要是慢性应激引起的认知和情绪缺陷发展的基础[9-11]然而,将慢性应激转化为焦虑和抑郁行为的突触信号通路仍然是一个谜,且是否可以通过操纵这些分子通路来挽救由慢性应激引起的突触和行为缺陷仍有待研究。因此,本文作者结合以往研究经验,旨在深入探索慢性应激与焦虑、抑郁行为之间的突触核心信号通路,为研究与压力相关的大脑疾病病因以及设计更有效的治疗方案提供依据。

近期,美国国立卫生研究院国家神经疾病与中风研究所(NINDS陆伟课题组在PNAS上发表了题为Reversing anxiety by targeting a stress-responsive signaling pathway的文章。作者重点关注了一种由慢性压力引发的分子病变,这种病变会加剧类似焦虑和抑郁的行为。证明了焦虑和抑郁样表型在分子和行为水平上的可逆性,并发现了焦虑和抑郁障碍的治疗靶点。 拓展阅读:陆伟课题组相关研究进展,详见“逻辑神经科学”报道(点击阅读):Cell︱美国国立卫生研究院陆伟团队发现大脑中调控酒精相关行为的关键蛋白TMEM132BPLOS Biol︱陆伟团队发现睡眠-觉醒周期动态调节海马抑制性突触可塑性NPP︱陆伟团队揭示GABAA受体辅助亚基磷酸化修饰调控神经行为的新机制Nat Aging︱王国昊/陆伟/侯宪玉等发现神经元聚集过氧化脂质激活小胶质细胞NLRP3炎症体促进脱髓鞘和神经元退化


作者对8周龄左右的小鼠进行了连续14天的慢性束缚应激(RS)实验(图1A,发现这些RS小鼠在高架加迷宫(EPM(图1B、大理石埋藏试验(MBT(图1C和强迫游泳试验(FST(图1D中表现出类似焦虑和抑郁的行为。而生化实验中RS并没有显著改变一些兴奋性和抑制性突触蛋白的总表达量(图1E。一些抑制性突触蛋白的表达在RS海马突触体部分明显下降(图1F。同样,在RS小鼠制备的急性海马切片的CA1神经元中,微型抑制性突触后电流(mIPSC)的频率显著降低(图1G,但振幅没有降低,这表明慢性应激通过下调GABA能突触蛋白减少了抑制性传导。

 
1 慢性压力敏感信号通路的鉴定和特征描述


接下来,作者研究了慢性应激动物NL2突触表达减少的分子机制。首先确定了与NL2相关的蛋白质(图2 AB。进而作者研究了RSMS如何调节NL2SrcCaMMyoVa的相互作用(图2C结果发现SrcNL2的关联显著增加;CaMMyoVaNL2的关联则强烈减少(图2D,这表明慢性应激改变了NL2蛋白组(图2D。此外,在RSMS小鼠的海马裂解液中,Src的活性表达和CaM的酪氨酸磷酸化水平显著升高(图2E同时,研究者发现过表达组成性活性(CASrc会降低NL2表面表达和mIPSC频率,但不会降低振幅,而WT或激酶致死的Src则无明显影响(图 2 F G

 
2 慢性应激会破坏小鼠海马的NL2蛋白质组


此外,在表达 CaM YY/EE 而非WT CaMCaM YY/FF突变体的海马神经元中,表面NL2表达(图3AmIPSC频率(图3B均显著降低。此外,CRISPR-Cas9介导的CaM基因遗传失活会显著降低海马神经元的mIPSC频率,但不会降低放大率(图3C,这表明CaM在抑制性传导中起着关键作用。显性阴性MyoVa的表达降低了海马神经元表面NL2的表达(图3DmIPSC频率(图3E,但并没有降低 NL2的总表达(图3D这表明MyoVaNL2转运和抑制性传递中起着关键作用。因此,慢性应激增强了Src激酶的活性,导致pCaM表达增加。这反过来又减少了MyoVaNL2之间的相互作用,导致NL2表面表达和抑制性突触传递减少。

 
3 慢性压力敏感信号通路的特征。


作者采用了一种药理学方法来抑制慢性应激小鼠(RS)的Src激酶活性。作者在14天的RS后连续7天腹腔注射强效Src激酶抑制剂PP2及其非活性类似物PP3(图4A。此外,接受载体(0.9% NaCl + 1%二甲亚砜(DMSO))或PP3治疗的RS动物表现出升高的焦虑样行为,而接受PP2治疗的小鼠EPMMBTFST测试中的高焦虑样行为明显减少(图4 B-D。这表明PP2通过抑制Src激酶的活性,在RS小鼠中起到抗焦虑试剂的作用,并能改善这些动物的高度焦虑样行为表型。我们想知道,在RS小鼠身上观察到的PP2介导的焦虑样行为的改善是否是由于服用PP2抑制了Src活性的升高,以及随后pCaM的减少和NL2突触表达的增加。在生化和电生理实验中,作者发现,在RS小鼠海马裂解物中,PP2能减少活性SrcpCaM的表达(图4E。重要的是,在RS小鼠的海马突触体部分,PP2处理增加了NL2Gabra2亚基和GABA能突触标记物的突触表达量(图4F。值得注意的是,用PP2(而非药物)治疗可以缓解RS小鼠的mIPSC频率缺陷(图4G这些数据共同表明,抑制RS小鼠体内升高的Src激酶活性可以通过恢复NL2的突触表达和GABA能突触传递来逆转高度焦虑样表型。

 
4  对应激敏感通路的药理操作可逆转 RS 小鼠的升高焦虑表型


在去垢溶解的小鼠海马裂解液中进行的共免疫吸附检测显示,在WT小鼠中,MyoVaNL2共免疫吸附,而在NL2ΔPDDVP小鼠中则没有(图5A,这表明NL2中的这五个aa对于体内与MyoVa的相互作用至关重要。分馏实验表明,基因干扰NL2MyoVa的相互作用会显著降低NL2以及gephyrinvGAT GABAAR α2亚基的突触表达,但不会降低其总表达(图5B。在NL2ΔPDDVP 海马切片和培养的神经元中,NL2GABA能突触密度明显降低(图5 CD。最后,NL2ΔPDDVP小鼠制备的急性海马切片中CA1神经元的mIPSC 频率和振幅均显著降低(图 5E。行为分析表明,NL2ΔPDDVP小鼠在EPMMBTFST测试中表现出升高的焦虑样表型(图5F。接下来作者采用EPM试验测量突变小鼠的焦虑样行为,对照NL2ΔPDDVP小鼠和RS处理的NL2ΔPDDVP小鼠之间没有显著差异(图5 GH这表明MyoVa依赖性NL2的运输受损是RS小鼠高焦虑样行为的关键分子机制。

 
5 遗传性破坏MyoVa-NL2的相互作用可减少NL2的突触表达并增加焦虑感


作者对NL2ΔPDDVP小鼠进行了PP2处理,以检测PP2是否能减少这些小鼠的焦虑样行为(图6A。在EPM测试中,与对照组相比,NL2ΔPDDVP小鼠在EPM的开放臂中花费的时间和进入的次数都明显减少(图6B;然而,与车辆处理的NL2ΔPDDVP小鼠相比,在NL2ΔPDDVP小鼠中施用PP2并没有减轻焦虑(图6B。同样,与对照组相比,NL2ΔPDDVP 小鼠掩埋弹珠的数量明显增加,掩埋潜伏期也有所缩短(图6C。与对照组相比,NL2ΔPDDVP小鼠在FST中的移动能力明显更弱,但PP2处理并不能挽救这些NL2ΔPDDVP小鼠的行为缺陷(图6D综上所述,这些数据表明,NL2ΔPDDVP小鼠的焦虑水平明显升高,但由于MyoVa依赖的NL2转运被破坏,Src激酶抑制剂PP2对减少这些小鼠的焦虑样行为没有作用。

 
6 NL2ΔPDDVP小鼠体内施用PP2并不能恢复在这些动物身上观察到的增强的焦虑样表型


文章结论与讨论,启发与展望
作者对Src-CaM-MyoVa-NL2通路的鉴定可能代表了一种关键的信号级联,它一方面对慢性应激高度敏感,另一方面可用于逆转应激动物的焦虑样行为。目前美国食品及药物管理局批准用于治疗焦虑症和抑郁症的药物,包括主要针对与各种生物功能密不可分的重要受体。药物对这些受体和转运体活性的调节可能会对多种信号通路产生潜在影响,超出其在焦虑和抑郁治疗中的预期作用,这可能会导致与使用这些药物相关的各种副作用)。因此,必须确定直接参与焦虑和抑郁行为的特定信号通路。作者发现 Src-CaM-MyoVa-NL2 通路是对慢性应激高度敏感的关键信号级联,并有可能逆转动物模型中的焦虑和抑郁表型,这为焦虑和抑郁的治疗提供了另一种选择。

原文链接:DOI: 10.1073/pnas.2400078121



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参考文献

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编辑︱王思珍
本文完

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