抑郁模型鼠应激易感和抵抗的分子表型及机制研究

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背景  抑郁症是一种持久情绪低落的精神疾病;患病率及复发率高;具有高度致残致死性;给社会和家庭带来沉重的经济负担。目前抑郁症主要存在发病机制不清及诊断困难两大核心问题。首先关于抑郁症的病因病理学假说纷繁复杂;包括中枢的神经营养因子缺乏、神经递质紊乱、突触可塑性障碍、氧化应激障碍以及外周免疫紊乱等假说;仍然没有一致结论。再者;临床抑郁症的诊断工作主要依赖于 DSM5; ICD10所示的症状学指标以及专科医师长期积累的临床经验。然而抑郁症患者临床表现呈高异质性;极易造成误诊漏诊;不利于潜在患者的早期识别与干预。  越来越多的研究发现外周血单个核细胞( Peripheral blood mononuclear cells;PBMCs)在免疫应答、代谢和与其他细胞、细胞外基质的信息传递中起着关键作用;且具有临床采样方便、患者接受度高、可动态观察疾病变化等优势;现已成为神经精神疾病临床研究的重要靶点。海马是研究抑郁症发病机制的核心脑区之一;在学习记忆、情绪及内脏调节中具有主要功能;其高度的神经可塑性与应激敏感性可能在抑郁症的发生发展中起重要作用。  因此;本研究基于啮齿类动物抑郁模型;以 PBMCs 和海马为研究靶点;从应激易感及应激抵抗两方面进行探讨;为进一步明确抑郁症发病机制及挖掘客观诊断标志物提供理论基础。  目的  1. 比较 CUMS 抑郁模型大鼠应激易感组;抵抗组以及对照组的PBMCs代谢谱;筛选出易感/抵抗的特征代谢物。  2. 比较 CUMS 抑郁模型大鼠应激易感组;抵抗组以及对照组海马的基因表达;筛选出易感/抵抗相关的差异基因。  3. 分别在海马和PBMCs验证部分差异基因;找到应激易感/抵抗机制相关的核心基因并构建病毒载体进行靶向干预;明确基因和表型的因果关系;探讨抑郁症潜在的致病机制及抵抗机制。  4. 为研究不同应激方式是否造成易感/抵抗机制的差异;比较CSDS 抑郁模型小鼠海马单胺类神经递质的差异并对其所在通路关键靶点进行检测;分析其改变原因;探讨 CSDS 抑郁模型相关的易感/抵抗机制。  方法  1. 采用GC-MS代谢组学方法对CUMS抑郁模型大鼠的PBMCs进行代谢物谱筛;比较应激易感、抵抗及正常对照组代谢物表达情况;筛选出表型相关差异代谢物。  2. 采用PCR基因芯片技术比较CUMS抑郁模型大鼠应激易感、抵抗及正常对照组的海马;初步寻找抑郁易感和抵抗的关联基因。  3. 结合芯片结果及既往文献报道筛选差异基因;分别在海马及PBMCs中进行RT-qPCR和Western Bloting验证;为寻找应激易感/抵抗机制相关的核心基因提供依据。  4. 对上述筛选的关键基因EAAT2构建RNA干扰慢病毒;通过脑立体定位注射方法靶向干预大鼠海马 EAAT2 的表达;一周后评估抑郁和焦虑相关行为;明确EAAT2 表达变化对大鼠行为表型的影响。  5. 采用 LC-MS/MS 代谢组学方法对 CSDS 抑郁模型小鼠海马单胺类神经递质靶向定量检测;比较并筛选应激易感、抵抗及对照组的差异神经递质;探讨与易感/抵抗机制相关的代谢通路并对其关键靶点进行Western Blotting及PCR验证。  结果  1. GC-MS代谢组学方法结合多变量统计分析显示;在CUMS模型鼠PBMCs 中;应激易感 vs.对照组共发现18个差异代谢;应激抵抗组vs.对照组发现16个差异代谢物;应激易感vs.应激抵抗组发现9个差异代谢物。上述差异代谢物主要涉及氨基酸代谢紊乱、能量代谢紊乱、抗氧化应激代谢紊乱等。  2. 基因芯片结果提示CUMS抑郁模型应激易感/抵抗大鼠海马主要在谷氨酸能信号通路及5-羟色胺能信号通路显著改变。  3. RT-qPCR验证结果发现:SLC1A2在应激抵抗大鼠中枢海马和PBMCs都表现为上调;MAPK1在抵抗大鼠PBMCs中上调;Western Bloting验证结果发现应激易感大鼠海马EAAT2和GluR1蛋白表达均显著减少;而抵抗组海马中没有差异。  4. 在大鼠海马定位注射 EAAT2 干扰 RNA 慢病毒靶向干预EAAT2 的表达后;分析发现糖水偏好减少;强迫游泳不动时间延长;旷场实验中活动度降低及高架十字迷宫闭合臂进入次数增加等抑郁样和焦虑样行为表型。  5. 在 CSDS 模型鼠海马中;靶向定量检测结果发现 5-HIAA 和Kya 在易感组减少;DA 在易感组增加。异常神经递质所在通路的关键代谢酶MAOA、COMT、KATI和KATIII在转录水平显著降低;犬尿氨酸代谢通路下游神经活性物质对应的 NMDA 受体表达异常;其中NR2A在易感组和抵抗组均下调;NR2B在易感组显著上调;抵抗组显著下调;多巴胺转运体在易感组显著下调;而多巴胺受体在转录层面没有差异。  结论  1. PBMCs 的氨基酸代谢、能量代谢及氧化应激代谢紊乱与抑郁表型密切相关;分别筛选出10种应激易感表型相关及8种应激抵抗表型相关差异代谢物;可作为易感及抵抗表型的外周生物标志物。  2. 三组PBMCs代谢物对比分析发现易感及抵抗差异代谢物主要集中在线粒体功能障碍以及HIF1α信号通路激活;为后续抑郁症机制探讨及抗抑郁药物靶点研发提供方向。  3. 应激易感/抵抗大鼠海马主要存在谷氨酸能信号通路改变;结合既往文献报道对系列关键差异基因验证发现 EAAT2 在易感大鼠和抵抗大鼠均有显著改变。继而构建 EAAT2 干扰慢病毒;通过脑立体定位技术注射至海马;靶向敲减该脑区 EAAT2 表达后的老鼠具有抑郁样行为表型;提示EAAT2可能是抑郁症发病的关键靶点。  4. CSDS模型易感小鼠海马主要存在色氨酸代谢和多巴胺代谢紊乱;5-HIAA、Kya 及 DA的异常改变可能有以下两个原因:1)受所在通路关键代谢酶 MAOA、COMT、KATI 和 KATIII 的异常表达影响;2)多巴胺转运体的表达降低可能影响突触间隙内 DA 的清除效率。  5. 犬尿氨酸通路下游神经代谢活性物质( Kya/QA )的失衡与NMDA受体的异常表达(NR2A和NR2B)参与抑郁症发病机制;其中 NR2B 可能是应激易感及应激抵抗转换的潜在关键靶点。Kya/QA失衡以及 NMDA 受体改变间接提示谷氨酸能活性增高;谷氨酸能信号通路紊乱参与抑郁症的发病在CSDS模型中亦得到验证。
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