撰文丨張鶴揚(yáng)

編輯丨Brainnews編輯部

重度抑郁癥（Major depressive disorder，MDD）是一種常見神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病，以長期反復(fù)的心境低落、痛苦絕望、悲觀厭世、甚至自殺傾向?yàn)橹饕Y狀，抑郁癥通常會(huì)誘發(fā)或加重其他相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，如睡眠障礙、內(nèi)分泌紊亂及骨質(zhì)疏松等[1]。

近年來，抑郁癥的發(fā)病率逐年增高，加之新型冠狀病毒的肆虐，全球新增超過7000萬抑郁癥患者，世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報(bào)告顯示，在新型冠狀病毒出現(xiàn)和蔓延的第一年，全球抑郁和焦慮的發(fā)病率大幅增加了25%，因此闡明抑郁癥新的發(fā)病機(jī)制，研發(fā)新的抗抑郁產(chǎn)品具有重要意義。

Mysm1是一種去泛素化酶，由SANT、SWIRM和MPN結(jié)構(gòu)域組成，可去除組蛋白H2A上K119位點(diǎn)的單泛素修飾，剪切TRAF3、TRAF6和STING等分子上的多泛素鏈修飾，在調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞（HSCs）的穩(wěn)態(tài)和免疫細(xì)胞的分化和功能等方面發(fā)揮重要作用。Mysm1具有廣泛的功能，其缺陷不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)、貧血等免疫系統(tǒng)紊亂，還會(huì)導(dǎo)致多個(gè)組織器官功能障礙[2,3]。最新研究表明，Mysm1突變的患者出現(xiàn)身材矮小、畸形、胸部不對(duì)稱、頜面部發(fā)育不全、牙齦增生、雙眼白內(nèi)障和腦體積減少等癥狀[4]。

2022年11月22日，軍事醫(yī)學(xué)研究院江小霞和朱玲玲團(tuán)隊(duì)在Advanced Science雜志上在線發(fā)表了題為“Genetic and pharmacological inhibition of astrocytic Mysm1 alleviates depressive-like disorders by promoting ATP production”的研究論文。該論文揭示星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)抑郁癥的新機(jī)制，并首次利用基因干擾和藥物抑制新靶標(biāo)去泛素化酶Mysm1，實(shí)現(xiàn)治療抑郁癥及緩解抑郁癥伴隨的骨質(zhì)疏松。

在造血系統(tǒng)和免疫功能方面，關(guān)于Mysm1已有許多相關(guān)的深入研究，但其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的功能尚未明確。在本研究中，該團(tuán)隊(duì)通過借助脂多糖（LPS）和慢性束縛應(yīng)激（CRS）誘導(dǎo)的小鼠抑郁模型，發(fā)現(xiàn)在抑郁患者及抑郁動(dòng)物模型大腦的多個(gè)腦區(qū)均存在Mysm1的高表達(dá)（圖1）。

圖1 Mysm1在抑郁小鼠和重度抑郁癥患者的腦組織中表達(dá)增加

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

隨后，使用Mysm1flox/flox小鼠分別構(gòu)建LPS和CRS抑郁模型, 通過表達(dá)Cre酶的腺相關(guān)病毒干擾單個(gè)腦區(qū)如內(nèi)側(cè)韁核、海馬或內(nèi)囊中Mysm1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)雌雄模型動(dòng)物的抑郁樣癥狀均得到顯著緩解，尤其令人驚喜的是，抑郁小鼠的骨質(zhì)疏松癥狀也得到明顯改善（圖2）。

圖2 Mysm1的下調(diào)可減輕小鼠抑郁樣行為和骨質(zhì)疏松癥

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

為明確Mysm1在何種細(xì)胞上發(fā)揮作用，研究團(tuán)隊(duì)借助免疫熒光、流式分選和qRT-PCR等手段分別驗(yàn)證Mysm1在星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)情況，結(jié)果顯示Mysm1在GFAP陽性的星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)。

利用腦立體定位注射技術(shù)，分別向內(nèi)側(cè)韁核注射星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元特異啟動(dòng)的表達(dá)Cre重組酶的腺相關(guān)病毒，達(dá)到下調(diào)內(nèi)側(cè)韁核Mysm1的目的，三周后進(jìn)行行為學(xué)檢測，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)側(cè)韁核星形膠質(zhì)細(xì)胞中下調(diào)Mysm1可顯著緩解小鼠抑郁樣行為，而下調(diào)神經(jīng)元Mysm1則沒有明顯的抗抑郁效果（圖3）。

圖3 星形膠質(zhì)細(xì)胞Mysm1的下調(diào)可減輕小鼠抑郁樣行為

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

為探索下調(diào)Mysm1抗抑郁作用的機(jī)制，作者利用蛋白質(zhì)組和代謝組學(xué)分析Mysm1敲低的星形膠質(zhì)細(xì)胞蛋白和代謝物的改變情況，結(jié)果顯示，Mysm1下調(diào)的星形膠質(zhì)細(xì)胞TCA循環(huán)和氧化磷酸化水平顯著升高，線粒體復(fù)合體表達(dá)水平顯著升高，提示Mysm1的下調(diào)可能會(huì)增強(qiáng)星形膠質(zhì)細(xì)胞的線粒體功能和能量代謝水平（圖4）。

圖4 Mysm1的下調(diào)增強(qiáng)了星形膠質(zhì)細(xì)胞中的線粒體氧化磷酸化水平

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

為驗(yàn)證這一猜想，作者首先利用微透析檢測抑郁小鼠和Mysm1下調(diào)小鼠大腦內(nèi)ATP水平，發(fā)現(xiàn)Mysm1下調(diào)小鼠腦內(nèi)ATP水平顯著升高。同時(shí)，電生理實(shí)驗(yàn)證明下調(diào)Mysm1，內(nèi)側(cè)韁核神經(jīng)元活性顯著升高，ATP受體阻滯劑可逆轉(zhuǎn)Mysm1下調(diào)或內(nèi)側(cè)韁核補(bǔ)充ATP所帶來的抗抑郁效應(yīng)。

體外實(shí)驗(yàn)中，Mysm1的下調(diào)可顯著增加星形膠質(zhì)細(xì)胞ATP合成和釋放能力，透射電鏡顯示Mysm1下調(diào)的星形膠質(zhì)細(xì)胞線粒體數(shù)量增多、線粒體嵴的超微結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜；此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠以鈣依賴的方式從囊泡中主動(dòng)釋放ATP[5]。

作者利用活細(xì)胞工作站檢測Mysm1下調(diào)的星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣信號(hào)水平，結(jié)果顯示Mysm1的下調(diào)降低了鈣動(dòng)員的閾值，并使星形膠質(zhì)細(xì)胞更容易產(chǎn)生和釋放更多的ATP（圖5）。

圖5 Mysm1的下調(diào)通過ATP依賴性的方式減輕抑郁，改善星形膠質(zhì)細(xì)胞的線粒體結(jié)構(gòu)并降低鈣動(dòng)員閾值

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

此前的研究表明，Mysm1的下調(diào)能夠促進(jìn)p53通路的激活[6]。因此，為探索Mysm1下調(diào)增強(qiáng)星形膠質(zhì)細(xì)胞ATP釋放的機(jī)制，作者結(jié)合測序結(jié)果分析并利用Western blot和免疫共沉淀等手段發(fā)現(xiàn)Mysm1與p53相互作用，并且Mysm1的下調(diào)可顯著激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α軸，增強(qiáng)星形膠質(zhì)細(xì)胞線粒體功能以促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞合成并釋放ATP。抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞p53或AMPK可降低星形膠質(zhì)細(xì)胞ATP的合成與釋放，并抑制了Mysm1下調(diào)的抗抑郁作用（圖6）。

圖6 Mysm1的下調(diào)激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α通路并促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞中ATP的生成

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

先前的研究表明，阿司匹林可以降低糖尿病動(dòng)物腎小球中Mysm1的表達(dá)[7]，接下來研究團(tuán)隊(duì)探索了阿司匹林是否可以抑制Mysm1并激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α通路發(fā)揮抗抑郁效果？

Western blot結(jié)果顯示，阿司匹林以劑量依賴性方式顯著降低星形膠質(zhì)細(xì)胞Mysm1蛋白水平，并激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α通路。星形膠質(zhì)細(xì)胞在阿司匹林處理后ATP釋放水平顯著升高，抑郁小鼠內(nèi)側(cè)韁核注射阿司匹林后能夠顯著發(fā)揮抗抑郁效果，對(duì)抑郁小鼠和Mysm1下調(diào)小鼠內(nèi)側(cè)韁核切片進(jìn)行透射電鏡分析，結(jié)果顯示相比于抑郁小鼠，阿司匹林處理可使線粒體數(shù)量增多，并增加線粒體嵴超微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度（圖7）。

圖7 阿司匹林可抑制Mysm1表達(dá)并減輕小鼠抑郁樣行為

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

結(jié)論與討論，啟發(fā)與展望

綜上所述，該研究揭示了抑郁患者及抑郁小鼠大腦Mysm1表達(dá)升高，下調(diào)抑郁小鼠腦內(nèi)的Mysm1水平可顯著發(fā)揮抗抑郁效應(yīng)并緩解由抑郁癥帶來的骨質(zhì)疏松問題，且靶細(xì)胞為星形膠質(zhì)細(xì)胞。同時(shí)，Mysm1的下調(diào)激活了星形膠質(zhì)細(xì)胞p53/AMPK/Sirt1/PGC1α軸，促進(jìn)了星形膠質(zhì)細(xì)胞線粒體功能及ATP的合成與釋放。此外，研究人員還篩選了能抑制Mysm1表達(dá)的藥物阿司匹林并通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證阿司匹林的抗抑郁作用（圖8）。

圖8 星形膠質(zhì)細(xì)胞Mysm1在抑郁癥中的作用示意圖

（圖源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）

該研究揭示了星形膠質(zhì)細(xì)胞Mysm1調(diào)控抑郁的新機(jī)制，為研發(fā)新的藥物治療抑郁癥及其并發(fā)癥開辟了新策略。但值得注意的是，該研究未進(jìn)一步研究Mysm1調(diào)節(jié)p53/AMPK軸的機(jī)制，并未探索Mysm1是否調(diào)控p53/AMPK的泛素化以及Mysm1是否存在其他調(diào)控模式。此外，Mysm1在各種星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型的表達(dá)情況和空間定位還需進(jìn)一步研究。

軍事醫(yī)學(xué)研究院江小霞副研究員、朱玲玲研究員及王妍副研究員為論文的共同通訊作者,博士生張鶴揚(yáng)、秦巧臻和碩士生劉水蓉、徐振華為論文的共同第一作者。該研究得到北京市自然科學(xué)基金(7202149)、國家自然科學(xué)基金(31971285, 82072104)的大力支持。

團(tuán)隊(duì)招考正式列編文職人員1名，要求學(xué)位：生物學(xué)方向的博士，詳情咨詢江老師smilovjiang@163.com，具有神經(jīng)生物學(xué)背景者優(yōu)先。

原文鏈接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36414403/

參考文獻(xiàn)：

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[3] BAHRAMI E, WITZEL M, RACEK T, et al. Myb-like, SWIRM, and MPN domains 1 (MYSM1) deficiency: Genotoxic stress-associated bone marrow failure and developmental aberrations [J]. The Journal of allergy and clinical immunology, 2017, 140(4): 1112-9.

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