中枢性补体C3a受体对LPS诱导抑郁样行为的调节机制

2024-05-29 Wed
中枢性补体C3a受体对LPS诱导抑郁样行为的调节机制引言随着全球抑郁症患者数量的不断增加，主要抑郁障碍（major depressive disorder, MDD）已成为全球首要的致残原因之一。抑郁症的症状、治疗效果和生物学相关性呈现出极大的异质性，反映了该疾病复杂的病理过程。近年来，越来越多的证据表明，免疫系统在抑郁症致病机制中起到了关键作用。许多与免疫相关的基因被认为是抑郁症的风险因素，并且抑郁症患者表现出免疫失调状态。此外，某些抗炎治疗已显示出抗抑郁效果，并且基于免疫的治疗方法已经被提出作为特定抑郁症患者群体的精准医学方案。然而，免疫因子如何促进抑郁的机制仍不清楚。
前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC），特别是对应于啮齿动物中的内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC），在抑郁症中的功能和结构异常也已被证明是抑郁症易感性的原因之一。虽然研究证明了PFC中免疫细胞活动的失调，比如小胶质（microglia）的激活或介导突触修剪（synaptic pruning）等，这些都与抑郁样表型相关，但关于免疫途径如何直接调节PFC神经元活动方面的研究有限。
补体系统是先天免疫中至关重要的部分，其失调与多种神经和精神疾病，包括抑郁症有关。研究表明补体C3a受体（C3a receptor, C3AR）在慢性应激小鼠模型中调节单核细胞浸润和小胶质细胞活动。然而，在抑郁症模型中，C3AR活性如何影响PFC神经元尚不清楚。
本研究的目的是探讨C3AR在mPFC中在系统性脂多糖（lipopolysaccharides, LPS）诱导的抑郁样行为中的作用，并研究其对mPFC神经元兴奋性的影响。
研究来源该文章刊登在《Progress in Neurobiology》期刊的2024年第236期上，现已在2024年4月17日线上发布。该研究由浙大多个部门的科研人员合作完成，包括第二附属医院的神经和精神病学系、基础医学院的系统医学研究中心等，通讯作者为Lien Hong。
研究设计及流程动物模型与实验流程所有动物实验均遵循浙江大学关于实验动物护理和使用的指南，并获得浙江大学动物实验委员会的批准。研究中的C3AR敲除（KO）小鼠由南京医科大学的Zhou Hong博士提供，之后与C57BL/6J小鼠进行了十代以上的繁育。小鼠在标准昼夜12小时光/暗周期下（每天早上7点到晚上7点开灯），22±1℃和55%±5%的湿度环境下饲养，自由获取食物和水。行为测试在光周期内使用2-4个月大的雄性小鼠进行。
病毒与细胞培养研究中使用了一系列AAV病毒来进行脑内特定区域的大量基因表达与沉默实验，并具体操控了PFC中的神经元C3aR表达水平。此外，初级细胞培养和电生理实验也在研究流程中扮演重要角色。通过对初级培养的神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的处理与分析，研究者们进一步探讨了LPS和C3a对C3aR表达的影响。
行为测试小鼠行为测试包括开放场试验（Open Field Test, OFT），高架十字迷宫试验（Elevated Plus Maze Test, EPM），悬尾试验（Tail Suspension Test, TST），强迫游泳试验（Forced Swim Test, FST）及蔗糖偏好试验（Sucrose Preference Test, SPT）。这些测试帮助评估小鼠在LPS处理后所表现出的焦虑与抑郁样行为。
数据分析实验数据采用IBM的SPSS统计软件或GraphPad Prism 6进行分析，数据呈现为平均值±标准差。显著性阈值设为*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。
研究结果C3AR敲除小鼠对LPS诱导的抑郁样行为具有抗性通过ELISA和免疫印迹分析，研究表明LPS处理后WT小鼠的mPFC中C3和C3aR的表达显著增加，而C3AR敲除小鼠表现出对LPS诱导的焦虑和抑郁样行为的抗性。与LPS处理的WT小鼠相比，LPS处理的KO小鼠在OFT、EPM、TST和FST中的表现无显著行为异常，显示出C3aR缺失有效地抑制了LPS诱导的抑郁样行为。
mPFC中的C3AR调控LPS诱导的抑郁样行为为了进一步验证C3AR在mPFC中对LPS诱导的行为变化的调控作用，研究者在WT小鼠的mPFC中，通过双侧植入导管经脑内灌注C3aR拮抗剂（C3ARA）进行实验。结果显示，LPS处理的WT小鼠相较于灌入人工脑脊液的对照组，在灌入C3ARA后悬尾及强迫游泳实验中的运动障碍显著减少，表明mPFC中的C3AR可能在LPS诱导的抑郁样行为中发挥了重要作用。
C3AR调控mPFC神经元兴奋性并双向调节LPS诱导的抑郁样行为通过对WT和KO小鼠的初级皮层神经元以及急性脑片进行电生理记录，研究发现缺失C3AR的KO神经元以相同的去极化电流注入产生的动作电位数量显著高于WT神经元，显示出KO神经元具有更高的兴奋性。此外，C3AR活性能够逆向调控神经元兴奋性：在WT神经元中应用C3a处理导致动作电位频率显著下降，而在KO神经元中LPS处理则增加了动作电位频率。这表明C3AR缺失不仅增强了基线兴奋性，而且在LPS处理后进一步增加了MPFC神经元的兴奋性。
LPS处理的C3AR KO小鼠对mPFC谷氨酸能神经元抑制诱导的抑郁样行为具有抗性研究进一步探索了mPFC中C3AR功能的具体作用细胞，通过化学遗传学工具在C3AR KO小鼠中对mPFC谷氨酸能神经元进行特异性抑制，发现LPS处理的KO小鼠依然表现出正常行为。
结论研究揭示了C3AR在LPS诱导的抑郁样行为中的关键调控机制，提出了通过调节mPFC谷氨酸能神经元兴奋性从而实现抗抑郁效果的重要途径。这不仅为MDD的病理机制提供了新的理解，也为未来开发针对C3AR的治疗手段奠定了基础。
研究意义本研究通过揭示补体系统在抑郁症中的新机制，为未来开发MDD的干预手段提供了新的理论基础。C3AR通过调控mPFC神经元的兴奋性，直接影响抑郁样行为，显示出作为潜在治疗靶点的前景。未来可进一步研究C3AR在不同性别和其他脑区的作用，以及其在临床干预中的可行性。
以上研究为抑郁症的病因研究开辟了新方向，显示出对补体系统和神经元活动的调控可能带来有效的治疗方法，特别是针对特定患者群体的精准治疗。