小鼠模型在揭示焦慮癥發(fā)生的新機(jī)制和治療新靶點(diǎn)研究中的應(yīng)用
焦慮癥是常見的精神疾病之一。根據(jù)大規(guī)模的人口調(diào)查，高達(dá)33.7%的人在一生中遭受過焦慮癥的折磨。炎癥是應(yīng)激性焦慮癥的重要機(jī)制之一，細(xì)胞因子干預(yù)或抗炎藥物治療均可以改善嚙齒動物的焦慮樣行為。鈉鉀ATP酶（Na+/K+-ATPase, NKA）對于維持細(xì)胞體積及神經(jīng)元靜息膜電位十分重要。近期的研究表明，NKA參與巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，而我們實(shí)驗(yàn)室前期的研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)神經(jīng)元NKAα1的膜穩(wěn)定性可干預(yù)帕金森病的進(jìn)展。小膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中的主要免疫細(xì)胞，在神經(jīng)炎癥、免疫監(jiān)視和維持大腦穩(wěn)態(tài)中起著核心作用。因此，我們推測，小膠質(zhì)細(xì)胞的NKAα1表達(dá)可能與炎癥相關(guān)的焦慮癥有關(guān)，而針對小膠質(zhì)細(xì)胞的抗炎治療可能是臨床治療焦慮癥的有效策略之一。
2024年2月22日，南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系卞勁松教授團(tuán)隊(duì)（南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生黃松強(qiáng)為論文的第一作者，深圳人民醫(yī)學(xué)院聶曉偉副研究員和藥理系主任卞勁松教授為論文的通訊作者），在免疫學(xué)領(lǐng)域期刊Immunity以O(shè)riginal Article的形式在線發(fā)表題為“Disruption of the Na+/K+-ATPase-purinergic P2X7 receptor complex in microglia promotes stress-induced anxiety”的研究論文，揭示了Na+/K+-ATP酶（又稱鈉鉀泵, NKA）抗炎的新功能。
研究材料
在這項(xiàng)研究中，研究人員構(gòu)建了小膠質(zhì)細(xì)胞NKAα1特異性敲除小鼠和神經(jīng)元NKAα1特異性敲除小鼠（其中用來構(gòu)建特異性敲除的NKAα1fl/fl小鼠由賽業(yè)生物提供）。
研究方法
本研究采用多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，包括轉(zhuǎn)錄組RNA測序、原位雜交實(shí)驗(yàn)、免疫共沉淀、Western blots、RT-qPCR、免疫熒光、原代細(xì)胞培養(yǎng)、表面等離子體共振等實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定小膠質(zhì)細(xì)胞胞膜上的NKA很可能成為治療應(yīng)激性焦慮癥的新策略。
技術(shù)路線
01 構(gòu)建NKAα1特異性敲除小鼠的焦慮癥動物模型
02 行為學(xué)檢測
03 生化實(shí)驗(yàn)檢測炎癥
04 探究神經(jīng)炎癥的機(jī)制
05 單克隆抗體的治療
研究結(jié)果
通過曠場及十字高架迷宮等多種行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)NKAα1全身敲低小鼠在束縛應(yīng)激（CRS）和足底電擊模型中焦慮樣表型明顯嚴(yán)重。通過構(gòu)建小膠質(zhì)細(xì)胞NKAα1特異性敲除小鼠（其中NKAα1fl/fl小鼠由賽業(yè)生物提供），研究人員通過曠場實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與NT組相比，CRS顯著降低小鼠進(jìn)入中央?yún)^(qū)域次數(shù)和中央?yún)^(qū)域時間，且在CRS-NKAα1MGKO組呈現(xiàn)進(jìn)一步降低（圖1 A和B）。在高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)中，與NT組相比，CRS顯著降低小鼠進(jìn)入開放臂的次數(shù)和開放臂時間，且在CRS-NKAα1MGKO組進(jìn)一步降低（圖1 C和D）。結(jié)果表明，條件性敲除小膠質(zhì)細(xì)胞NKAα1加重了CRS誘導(dǎo)的小鼠焦慮樣行為。
圖1 條件性敲除小膠質(zhì)細(xì)胞NKAα1加重CRS誘導(dǎo)的焦慮樣行為[1]
通過一系列的實(shí)驗(yàn)檢測了vHIP中神經(jīng)炎癥，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞的進(jìn)一步激活導(dǎo)致了神經(jīng)元的超興奮性，從而導(dǎo)致焦慮癥表型的加重。這些結(jié)果提示vHIP中的小膠質(zhì)細(xì)胞上的NKAα1對焦慮產(chǎn)生了重要影響。
為了探究NKAα1介導(dǎo)神經(jīng)炎癥的機(jī)制，通過原位雜交實(shí)驗(yàn)、免疫共沉淀技術(shù)及離體培養(yǎng)的原代神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞，研究人員發(fā)現(xiàn)NKAα1和一種嘌呤能受體P2X7R存在相互作用。使用表面等離子共振技術(shù)（SPR），研究人員確認(rèn)了NKAα1-P2X7R復(fù)合體的存在。通過這一復(fù)合體，NKAα1有效地減少了P2X7R介導(dǎo)的K+外排，抵抗了小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。但是在應(yīng)激狀態(tài)下，NKAα1在細(xì)胞膜的膜表達(dá)丟失，促進(jìn)了游離狀態(tài)P2X7R介導(dǎo)的K+外排，加重炎癥因子IL-1β的釋放。
研究結(jié)論
這項(xiàng)研究（圖2）揭示了NKAα1在應(yīng)激誘導(dǎo)的小鼠焦慮樣行為中的重要作用。研究人員的數(shù)據(jù)表明，NKAα1是由慢性應(yīng)激介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥激活的上游調(diào)節(jié)劑，NKAα1缺乏通過減少NKAα1-P2X7R復(fù)合體的形成加重炎癥進(jìn)程，從而增強(qiáng)了P2X7R轉(zhuǎn)運(yùn)K+的效率。總之，這項(xiàng)研究揭示了應(yīng)激性焦慮癥的新機(jī)制，也為治療包括焦慮癥在內(nèi)的炎癥相關(guān)疾病提供了一個有前途的干預(yù)靶點(diǎn)。
此外，這項(xiàng)研究不僅揭示了非神經(jīng)元腦細(xì)胞如何在健康和病理狀態(tài)下協(xié)調(diào)神經(jīng)元的功能，為焦慮癥的治療提供了一個潛在的新靶點(diǎn)，同時也為應(yīng)激性精神疾病的臨床診治提供了寶貴的新方向。基于以上重要發(fā)現(xiàn)，Immunity雜志專門同刊配發(fā)preview，認(rèn)為此項(xiàng)研究成果在理解應(yīng)激所致焦慮癥的發(fā)生機(jī)制上，特別是小膠質(zhì)細(xì)胞如何參與精神疾病的發(fā)生，有著非常重要的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)并提供了概念上的突破。
圖2 應(yīng)激導(dǎo)致NKAα1膜表達(dá)的降低使小膠質(zhì)細(xì)胞激活并釋放IL-1β從而加重焦慮癥[1]
參考文獻(xiàn)：
[1]Huang, Songqiang et al. “Disruption of the Na+/K+-ATPase-purinergic P2X7 receptor complex in microglia promotes stress-induced anxiety.” Immunity vol. 57,3 (2024): 495-512.e11. doi:10.1016/j.immuni.2024.01.018
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