小鼠模型在揭示焦虑症发生的新机制和治疗新靶点研究中的应用
2024-07-18 来源:本站 点击次数:1750焦虑症是常见的精神疾病之一。根据大规模的人口调查，高达33.7%的人在一生中遭受过焦虑症的折磨。炎症是应激性焦虑症的重要机制之一，细胞因子干预或抗炎药物治疗均可以改善啮齿动物的焦虑样行为。钠钾ATP酶（Na+/K+-ATPase, NKA）对于维持细胞体积及神经元静息膜电位十分重要。近期的研究表明，NKA参与巨噬细胞的炎症反应，而我们实验室前期的研究发现，增强神经元NKAα1的膜稳定性可干预帕金森病的进展。小胶质细胞是大脑中的主要免疫细胞，在神经炎症、免疫监视和维持大脑稳态中起着核心作用。因此，我们推测，小胶质细胞的NKAα1表达可能与炎症相关的焦虑症有关，而针对小胶质细胞的抗炎治疗可能是临床治疗焦虑症的有效策略之一。
2024年2月22日，南方科技大学医学院药理学系卞劲松教授团队（南方科技大学医学院博士研究生黄松强为论文的第一作者，深圳人民医学院聂晓伟副研究员和药理系主任卞劲松教授为论文的通讯作者），在免疫学领域期刊Immunity以Original Article的形式在线发表题为“Disruption of the Na+/K+-ATPase-purinergic P2X7 receptor complex in microglia promotes stress-induced anxiety”的研究论文，揭示了Na+/K+-ATP酶（又称钠钾泵, NKA）抗炎的新功能。
研究材料
在这项研究中，研究人员构建了小胶质细胞NKAα1特异性敲除小鼠和神经元NKAα1特异性敲除小鼠（其中用来构建特异性敲除的NKAα1fl/fl小鼠由赛业生物提供）。
研究方法
本研究采用多种实验技术手段，包括转录组RNA测序、原位杂交实验、免疫共沉淀、Western blots、RT-qPCR、免疫荧光、原代细胞培养、表面等离子体共振等实验。发现稳定小胶质细胞胞膜上的NKA很可能成为治疗应激性焦虑症的新策略。
技术路线
01 构建NKAα1特异性敲除小鼠的焦虑症动物模型
02 行为学检测
03 生化实验检测炎症
04 探究神经炎症的机制
05 单克隆抗体的治疗
研究结果
通过旷场及十字高架迷宫等多种行为学实验，研究人员发现NKAα1全身敲低小鼠在束缚应激（CRS）和足底电击模型中焦虑样表型明显严重。通过构建小胶质细胞NKAα1特异性敲除小鼠（其中NKAα1fl/fl小鼠由赛业生物提供），研究人员通过旷场实验发现，与NT组相比，CRS显著降低小鼠进入中央区域次数和中央区域时间，且在CRS-NKAα1MGKO组呈现进一步降低（图1 A和B）。在高架十字迷宫实验中，与NT组相比，CRS显著降低小鼠进入开放臂的次数和开放臂时间，且在CRS-NKAα1MGKO组进一步降低（图1 C和D）。结果表明，条件性敲除小胶质细胞NKAα1加重了CRS诱导的小鼠焦虑样行为。
图1 条件性敲除小胶质细胞NKAα1加重CRS诱导的焦虑样行为[1]
通过一系列的实验检测了vHIP中神经炎症，发现小胶质细胞的进一步激活导致了神经元的超兴奋性，从而导致焦虑症表型的加重。这些结果提示vHIP中的小胶质细胞上的NKAα1对焦虑产生了重要影响。
为了探究NKAα1介导神经炎症的机制，通过原位杂交实验、免疫共沉淀技术及离体培养的原代神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞，研究人员发现NKAα1和一种嘌呤能受体P2X7R存在相互作用。使用表面等离子共振技术（SPR），研究人员确认了NKAα1-P2X7R复合体的存在。通过这一复合体，NKAα1有效地减少了P2X7R介导的K+外排，抵抗了小胶质细胞的活化。但是在应激状态下，NKAα1在细胞膜的膜表达丢失，促进了游离状态P2X7R介导的K+外排，加重炎症因子IL-1β的释放。
研究结论
这项研究（图2）揭示了NKAα1在应激诱导的小鼠焦虑样行为中的重要作用。研究人员的数据表明，NKAα1是由慢性应激介导的小胶质细胞炎症激活的上游调节剂，NKAα1缺乏通过减少NKAα1-P2X7R复合体的形成加重炎症进程，从而增强了P2X7R转运K+的效率。总之，这项研究揭示了应激性焦虑症的新机制，也为治疗包括焦虑症在内的炎症相关疾病提供了一个有前途的干预靶点。
此外，这项研究不仅揭示了非神经元脑细胞如何在健康和病理状态下协调神经元的功能，为焦虑症的治疗提供了一个潜在的新靶点，同时也为应激性精神疾病的临床诊治提供了宝贵的新方向。基于以上重要发现，Immunity杂志专门同刊配发preview，认为此项研究成果在理解应激所致焦虑症的发生机制上，特别是小胶质细胞如何参与精神疾病的发生，有着非常重要的学术贡献并提供了概念上的突破。
图2 应激导致NKAα1膜表达的降低使小胶质细胞激活并释放IL-1β从而加重焦虑症[1]
参考文献：
[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