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维生素D结合蛋白(VDBP)是重度抑郁症(MDD)的潜在生物标志物。本研究首次证明,在对慢性不可预测轻度应激(CUMS)敏感的小鼠的核心情绪相关脑区中,VDBP表达水平升高。具体而言,前额叶皮层中来源于小胶质细胞(MG)的VDBP过表达会导致抑郁样行为,并加剧CUMS诱导的小鼠抑郁表型,而条件性敲除MG来源的VDBP则可逆转神经元损伤和抑郁样行为。机制上,MG来源的VDBP与神经元受体巨蛋白(megalin)结合,介导下游SRC信号通路,导致神经元和突触损伤以及抑郁样行为。重要的是,本研究有效确定了MG来源的VDBP是小胶质细胞和神经元相互作用的关键介质,通过其与神经元受体巨蛋白的相互作用和对神经元功能的复杂下游影响,从而为MDD提供了有前景的治疗靶点。
1. VDBP mRNA 或蛋白质在野生型小鼠、CUMS 敏感小鼠和 CUMS 抗性小鼠中的全脑表达分析
据作者所知,目前尚无关于小鼠全脑中维生素 D 结合蛋白(VDBP)信使 RNA(mRNA)或蛋白质表达的报道。因此,作者首先证明了 VDBP 蛋白质在小鼠大脑中广泛表达(图 1a-c)。在 CUMS 敏感小鼠中,VDBP 蛋白质显著增加的脑区包括海马、前额叶皮层(PrL)、下丘脑和伏隔核核心(AcbC)(图 1i-k),这表明情绪回路核心区域的 VDBP 与慢性应激诱导的抑郁样行为有关。
GEO数据集分析显示,抑郁症患者组死后前额叶皮层中 VDBP 基因表达显著高于对照组。因此,作者后续实验主要集中在 PrL 区域。结果显示,VDBP mRNA(图 1l,m)和蛋白质(图 1n,o)在上述三组小鼠的神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞(MG)中均有表达,表明大脑中的神经细胞可以内源性地产生 VDBP。与对照小鼠相比,CUMS 敏感小鼠 MG 中 VDBP mRNA(图 1m)和蛋白质(图 1o)的表达显著增加。而在 CUMS 抗性小鼠中,VDBP 表达显著逆转。这些结果表明,PrL 中 MG 来源的 VDBP 显著增加可能参与了小鼠抑郁样行为的发展。
2. 小鼠前额叶皮层区域小胶质细胞来源的维生素 D 结合蛋白过表达对抑郁样行为和对慢性不可预测轻度应激易感性的影响
为揭示小胶质细胞来源的维生素 D 结合蛋白(VDBP)增加对神经元和突触的影响,用DEX处理BV2细胞或原代小鼠小胶质细胞,建立应激小胶质细胞模型。VDBP过表达的BV2或原代小胶质细胞的条件培养液显著降低原代小鼠神经元的存活率、增加凋亡、减少PSD95和synapsin I的表达水平、损伤树突结构。
VDBP敲低显著逆转DX处理的MG培养液诱导的神经元和突触损伤,表现为神经元活力增加、凋亡减少、突触蛋白PSD95和synapsin I水平增加、树突长度和复杂度恢复。这一反向验证进一步支持靶向敲低MG来源的VDBP可逆转DX处理的MG培养液引起的突触损伤。
为进一步证实小胶质细胞VDBP在应激诱导的神经行为功能障碍中的作用,作者采用Cre依赖的腺相关病毒(AAV)介导的过表达策略构建VDBP过表达小鼠模型(AAV-VDBP)。与AAV-mCherry对照小鼠相比,AAV-VDBP小鼠表现出异常行为:旷场实验中央区域停留时间减少、蔗糖偏好测试分数降低、悬尾实验和强迫游泳实验不动时间增加,表明PrL区域小胶质细胞来源的VDBP过表达可诱导小鼠抑郁样行为。
3.小鼠小胶质细胞中 VDBP 基因条件性敲除对 CUMS 诱导抑郁样行为的抗性
为确认VDBP 在 CUMS 诱导抑郁样行为中的作用,作者采用 CRISPR/Cas9 技术构建了小胶质细胞条件性 VDBP 基因敲除小鼠。行为学评估(图 4a)显示,VDBPfl/fl 对照小鼠和 KO-VDBP 小鼠在 SPT、OFT、TST 或 FST 评分无显著差异(图 4b-e)。有趣的是,CUMS 诱导后(图 4f),KO-VDBP + CUMS 小鼠 SPT 降低(图 4g)和 TST(图 4i)及 FST(图 4j)不动时间延长显著逆转。PrL 区域突触结构和功能分析显示,与 CUMS 诱导的突触相关蛋白表达降低(图 4k)、总树突棘密度(图 4l、m)、短粗型树突棘比例(图 4n)以及长薄型和蘑菇型树突棘亚型密度(图 4o)减少相比,KO-VDBP + CUMS 小鼠这些指标显著逆转。重要的是,与 CUMS 诱导的 mEPSC 频率降低(图 4p)相比,KO-VDBP + CUMS 小鼠 mEPSC 频率降低显著逆转,而 mIPSC 频率无显著差异(图 4q)。总之,小胶质细胞中条件性敲除 VDBP 显著改善 CUMS 小鼠 PrL 区域抑郁样行为和突触功能障碍。
图4. 小胶质细胞VDBP条件性敲除小鼠对CUMS诱导的抑郁样行为表现出抵抗性
4. 小胶质细胞来源的维生素D结合蛋白与神经元受体巨蛋白结合并调节SRC下游信号通路,导致突触损伤和抑郁样行为
VDBP 与神经元中其受体巨蛋白的结合尚未见报道。作者首次证明了 VDBP 在神经元中与巨蛋白结合。随后,作者使用原代小鼠神经元来筛选小胶质细胞来源的 VDBP 与巨蛋白结合后调节的下游信号通路。Western Blot 分析显示,用经过地塞米松(DX)处理的 BV2 细胞培养基处理的原代神经元中,VDBP 与神经元巨蛋白的结合介导了下游 SRC 信号通路关键分子的磷酸化水平显著下降。此外,促凋亡蛋白 Bcl-2 相关 X 蛋白(BAX)增加,而抗凋亡蛋白 B 细胞淋巴瘤 2(BCL-2)减少。
基于这些发现,作者集中精力验证小鼠中的 SRC 信号通路以及突触结构和功能的变化(图 5)。AAV–VDBP + AAV–EGFP + CUMS(AAV–VDBP + CUMS 组)小鼠在 SPT(图 5d)、TST(图 5f)和 FST(图 5g)中表现出更严重的抑郁样行为。此外,小胶质细胞来源的 VDBP 与 PrL 区域神经元巨蛋白结合对 SRC 下游通路的影响显著逆转(图 5h)。有趣的是,通过敲低巨蛋白可以逆转由 mEPSC 频率指示的突触传递能力受损(图 5n)。综上所述,这些发现支持小胶质细胞来源的 VDBP 与神经元巨蛋白结合影响下游 SRC 信号通路,导致神经元凋亡和突触损伤;这种效应在抑郁样行为的发生中发挥作用,阻断巨蛋白可以减少 VDBP 的作用以发挥抗抑郁作用。
5. 小胶质细胞来源的维生素 D 结合蛋白对抑郁症相关神经元亚型的作用特异性
接下来,作者测试了在 CUMS 期间,小胶质细胞来源的 VDBP 是否倾向于特定的神经元亚型以诱导抑郁症。首先,作者对过表达 VDBP 的小鼠(AAV–VDBP)和对照小鼠(AAV–mCherry)的 PrL 组织进行了单核测序(图 6a)。在这些亚群中,抑制性神经元的比例显著增加(图 6d),并且差异表达基因(DEGs)数量更多,而兴奋性神经元的 DEGs 非常少。
接下来,作者进行了体外电生理分析,分析了 PrL 区域的脑片。结果显示,与 VDBPfl/fl + 对照组相比,VDBPfl/fl + CUMS 组的自发抑制性突触后电流(sIPSC)频率增加。CUMS 组 sIPSC 频率的增加可能表明终末γ-氨基丁酸(GABA)释放概率增加或中间神经元胞体/轴突兴奋性增加,这可以通过小胶质细胞中 VDBP 条件性敲除来逆转。这些结果表明,小胶质细胞中 VDBP 的条件性基因敲除可以防止 CUMS 引起的兴奋性/抑制性(E/I)失衡,并且倾向于激活抑制性神经元。

免疫共聚焦实验显示,与 VDBPfl/fl + 对照小鼠相比,VDBPfl/fl + CUMS 小鼠抑制性神经元中 MG 来源的 VDBP 和巨蛋白的共定位显著增加。在小胶质细胞中条件性敲除 VDBP 后,KO-VDBP + CUMS 小鼠中上述共定位显著减少(图 6w)。总之,这些结果表明,小胶质细胞来源的 VDBP 主要靶向抑制性神经元的巨蛋白受体,从而启动下游 SRC 通路并导致神经元突触损伤,最终参与抑郁症的发展。
图6. 小胶质细胞源性VDBP对抑郁相关神经元亚型的作用特异性
结论
总之,本研究显示应激会促使小胶质细胞来源的维生素D结合蛋白(VDBP)在前额叶皮层(PrL)区域表达升高,进而与神经元受体巨蛋白结合,激活SRC信号通路。这一过程不仅导致神经元凋亡和突触功能受损,还使抑制性神经元被偏向性激活,最终引发抑郁症。本研究为深入探究VDBP针对参与抑郁症发生的抑制性神经元亚型特定分子标志物提供了依据,也进一步证实了脑源性VDBP作为抑郁症诊断标志物的价值。
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