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补体C1q/C3-CR3信号通路介导抑郁症小鼠模型中突触的异常小胶质细胞吞噬作用

期刊:brain, behavior, and immunityDOI:10.1016/j.bbi.2024.04.018

这篇文档属于类型a——报告的是一项独立的原创性研究,以下是对该研究的学术报告:


研究团队与发表信息

该研究由Qiu-Qin Han(上海健康医学院附属周浦医院)、Shi-Yu Shen(复旦大学基础医学院)、Ling-Feng Liang(复旦大学)、 Xiao-Rong Chen(长治医学院)及 Jin Yu(复旦大学)等团队合作完成,发表于 《brain, behavior, and immunity》 期刊,2024年第119卷454-464页。研究聚焦于抑郁症小鼠模型中 补体C1q/C3-CR3信号通路(complement C1q/C3-CR3 signaling pathway)如何介导 小胶质细胞异常突触吞噬(microglial phagocytosis of synapses)的机制。

学术背景

研究领域与动机

抑郁症是一种以情绪持续低落为特征的常见精神疾病,其病理机制复杂,与突触丢失密切相关。既往功能影像学与尸检研究显示,抑郁症患者的海马体、前额叶皮层等脑区存在突触减少现象,但突触丢失的分子机制尚不明确。近年研究发现,小胶质细胞(microglia)作为中枢神经系统的主要免疫细胞,其异常激活可能通过吞噬突触导致神经环路破坏。然而,抑郁症中小胶质细胞-突触互作的具体通路尚未阐明。

关键科学问题

  1. 抑郁症模型中是否存在 补体C1q/C3-CR3信号通路的过度激活
  2. 该通路是否驱动小胶质细胞异常吞噬突触,进而导致突触丢失和行为缺陷?

研究流程与方法

实验设计

研究分为两个核心实验:

实验1:LPS诱导抑郁模型的表型验证
- 研究对象:雄性C57BL/6J小鼠(每组10只,对照组与LPS模型组)。
- 处理方法:腹腔注射脂多糖(LPS, 2 mg/kg),连续3天。
- 行为学检测(图1):
- 开场实验(OFT):评估自发运动与焦虑样行为(中心区域活动时间、总移动距离)。
- 高架十字迷宫(EPM):测量开臂探索时间与次数,反映焦虑水平。
- 糖水偏好测试(SPT):检测快感缺失(anhedonia)。
- 强迫游泳测试(FST):记录不动时间,评估绝望行为。
- 分子与细胞分析
- 突触标记物检测:免疫荧光染色海马齿状回(DG)的PSD-95(突触后密度蛋白)。
- 小胶质细胞吞噬活性:共标IBA1(小胶质细胞标记)与CD68(吞噬标志物),通过Imaris软件三维重建量化吞噬突触的 puncta 数量。
- 补体通路激活:Western blot检测C1q、C3、CR3蛋白表达;免疫荧光共定位C1q与IBA1。

实验2:C1q中和抗体干预研究
- 干预方法:通过海马立体定位注射 C1q中和抗体(1 μg/次,连续3天)。
- 分组:对照组(IgG)、LPS模型组(IgG+LPS)、抗体干预组(C1q ab+LPS)。
- 检测指标
- 补体通路蛋白(C1q/C3/CR3)表达;
- 小胶质细胞吞噬突触数量;
- 行为学改善情况。

关键技术

  • 三维重建分析:通过Imaris软件对微胶质细胞进行3D表面建模,精确量化其吞噬的PSD-95与C1q puncta。
  • 补体通路靶向干预:首次在小鼠抑郁模型中应用C1q中和抗体,特异性抑制C1q/C3-CR3信号。

主要结果

  1. LPS诱导抑郁样行为与突触丢失(图1-2):

    • LPS组小鼠在OFT、EPM中表现出显著焦虑行为(中心区域探索减少,开臂回避),SPT糖水偏好降低,FST不动时间延长(p<0.01)。
    • 海马DG区PSD-95荧光强度下降40%(p<0.001),突触结构显著减少。
  2. 小胶质细胞异常吞噬突触(图3-4):

    • LPS组中,IBA1+CD68+吞噬性小胶质细胞密度增加2倍(p<0.01),且其内吞的PSD-95 puncta数量显著升高(p<0.05)。
    • 补体通路激活:C1q、C3、CR3蛋白表达分别上调50%、60%、45%(p<0.001),且C1q与IBA1共定位增多。
  3. C1q中和抗体逆转病理表型(图5-9):

    • 抗体治疗下调C1q/C3/CR3表达(p<0.05),减少小胶质细胞突触吞噬(p<0.01),PSD-95水平部分恢复(p<0.05)。
    • 行为学改善:OFT中心探索时间、EPM开臂时间、SPT糖水偏好均显著恢复(p<0.05),FST不动时间缩短。

结论与价值

  1. 科学意义

    • 首次证实 C1q/C3-CR3信号通路在抑郁症相关突触丢失中的核心作用,揭示了小胶质细胞异常吞噬的分子机制。
    • 提出了针对补体通路的 潜在抗抑郁靶点(如C1q抗体)。
  2. 应用前景

    • 为开发新型抗抑郁药物(如补体抑制剂)提供理论依据,尤其适用于传统治疗无效的难治性抑郁症。

研究亮点

  • 创新性发现:补体通路介导的突触吞噬是抑郁症的新机制。
  • 方法学突破:结合高分辨率3D成像与特异性抗体干预,精准解析细胞-分子互作。
  • 转化潜力:C1q抗体具有临床转化潜力,可拓展至其他神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)。

其他价值

研究得到国家自然科学基金(82174499)、上海市启明星计划(23YF1418200)等项目支持,数据可通过通讯作者获取。团队此前在《Neuropharmacology》发表的小胶质细胞调控研究为本工作奠定了基础。

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