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揭示抑制IL-1R/C3aR緩解神經元損傷和抑郁樣行為
閱讀：1075 發(fā)布時間：2022-6-30
神經免疫在抑郁癥的發(fā)病過程中具有關鍵作用。補體系統(tǒng)參與先天免疫和適應性免疫，越來越多的研究表明補體系統(tǒng)與各種疾病的病理生理過程有關。在各種補體分子中，C3由于參與了補體激活的中心環(huán)節(jié)，成為了疾病干預的預測靶點。通常，C3由星形膠質細胞表達，其受體C3aR在在小膠質細胞中表達。通過補體的“星形膠質細胞-小膠質細胞交流環(huán)”刺激了C3的釋放和小膠質細胞的活化。此外，神經炎癥如抑郁癥中的小膠質細胞激活，提高了補體激活參與抑郁癥發(fā)病的可能性。
突觸修飾參與大腦的發(fā)育和成熟。然而，在神經炎癥中，小膠質細胞的激活導致過度的突觸修飾。小膠質細胞誘導的突觸修飾需要補體的引導。通常，補體C3結合病原體或神經元突觸的表面，引起小膠質細胞的突觸清除。有研究表明，慢性應激（CUMS）誘導C3aR表達增加，而C3aR敲除小鼠在CUMS后表現(xiàn)出抗性。另一項研究發(fā)現(xiàn)，C3/C3aR信號的激活誘導抑郁癥中的小膠質細胞極化和神經炎癥。然而，這些研究并沒有解釋C3/C3aR信號激活如何介導細胞因子的產生和抑郁癥的病理生理學過程。
為了更清楚地了解補體系統(tǒng)調節(jié)中涉及的細胞反應和分子信號。2022年6月17日，華僑大學易立濤課題組聯(lián)合江西中醫(yī)藥大學在Cell & Bioscience上合作發(fā)表了題為“IL-1R/C3aR signaling regulates synaptic pruning in the prefrontal cortex of depression”的研究性論文，闡述了補體C3/C3aR如何介導抑郁癥中的神經元和突觸損傷。
首先，該課題組發(fā)現(xiàn)阻斷C3信號通路可以補救CUMS小鼠的快感缺失；蛋白組學分析發(fā)現(xiàn)，C3信號通路阻斷劑SB290157可以逆轉CUMS小鼠產生的多種蛋白的異常上調；GO分析發(fā)現(xiàn)這些異常蛋白涉及到補體介導的突觸修飾，細胞表面受體信號通路、細胞信號傳導等。
隨后課題組培養(yǎng)了脂多糖（LPS）誘導的小鼠急性抑郁模型，發(fā)現(xiàn)在LPS注射后0-6小時——移動能力受損而糖水偏愛度未改變的階段，大腦前額皮層補體C3及其受體C3aR的表達顯著上升。這些數(shù)據(jù)表明，C3/C3aR信號在抑郁癥的發(fā)病初期即被激活。同樣地，課題組發(fā)現(xiàn)慢性應激在抑郁癥早期也會誘導C3/C3aR。
圖1|LPS在6小時和24小時后引起前額葉皮質中C3及其受體C3aR的升高
那么抑制C3通路能否緩解小鼠的抑郁樣行為呢？
課題組為此在CUMS小鼠中給予SB290157阻斷C3通路，發(fā)現(xiàn)阻斷C3aR信號通路可以顯著增加小鼠的糖水偏好，縮短小鼠在強迫游泳實驗中的不動時間，即阻斷C3aR通路可以有效地緩解抑郁癥狀。
圖2|阻斷C3aR通路后小鼠的行為學和WB實驗結果
最近已經證實轉錄因子STAT3被募集到細胞膜并在C3aR作用下被磷酸化。磷酸化的STAT3易位至細胞核，從而激活其靶基因。WB結果發(fā)現(xiàn)：在CUMS小鼠中，前額葉皮質中pSTAT3/STAT3比率增加，而SB290157可逆轉前額葉皮質中pSTAT3/STAT3比率的增加。另有研究發(fā)現(xiàn)， DHHC7棕櫚?；?/span>STAT3，并通過其上游激活因子促進其膜募集和隨后的磷酸化。接著，APT2去棕櫚?；?/span>pSTAT3并促進其核易位。課題組的WB分析結果顯示：DHHC7和APT2水平在慢性應激反應中增加。而SB290157降低了DHHC7和APT2水平；在pSTAT3/STAT3水平的變化中觀察到相同的趨勢。此外，激光共聚焦檢測到APT2-pSTAT3和DHHC7-STAT3在小膠質細胞內的高度共定位，表明棕櫚?；h(huán)在抑郁癥中誘導了小膠質細胞STAT3的信號傳導。相反，阻斷C3aR信號通路后，APT2/DHHC7棕櫚酰循環(huán)介導的STAT3磷酸化也受到了抑制，炎癥細胞因子的表達也顯著下降。
鑒于小膠質細胞在抑郁發(fā)生中的重要作用，課題組對CUMS鼠PFC中的小膠質細胞進行染色，發(fā)現(xiàn)SB290157抑制C3/C3aR信號通路后會降低突觸中C3水平并恢復抑郁癥中的突觸修飾效果。這些結果說明在抑郁癥發(fā)病過程中，C3通過誘導小膠質細胞的活化，加重小膠質細胞的突觸修飾作用，從而損傷神經元的功能。
最后，為了探究阻斷細胞因子信號傳導通路是否也可以減弱抑郁小鼠的C3釋放和行為缺陷，課題組使用IL-1R拮抗劑抑制了CUMS誘導的星形膠質細胞IL-1R/NF-κB/C3信號通路，結果顯示：CUMS鼠的糖水偏愛得分增加，FST中不動時間減少。即阻斷IL-1R通路可以產生抗抑郁作用。
總的來說，本文發(fā)現(xiàn)了抑郁癥中星形膠質細胞/小膠質細胞之間的IL-1R/C3aR通路調控神經元的突觸修飾，而抑制IL-1R/C3aR可能會緩解神經元損傷和抑郁樣行為，為抗抑郁藥新靶點的探究提供了新的思路。