2023年1月11日，南京醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院劉妍教授課題組和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院郭興教授課題組合作在?EMBO Molecular Medicine（IF：14.260）雜志上發(fā)表題為“Depressive patient-derived GABA interneurons reveal abnormal neural activity associated with HTR2C”封面論文。

研究報道了伴有自殺行為的重性抑郁癥（sMDD）患者來源的 GABA 能中間神經(jīng)元（GINs）和腹側(cè)前腦類器官存在神經(jīng)元形態(tài)學(xué)豐富度、電生理活性異常以及鈣活性降低的表型，而通過干預(yù) HTR2C 的表達(dá)可挽救其異常的神經(jīng)活性。該發(fā)現(xiàn)為 sMDD 的機(jī)制研究以及藥物篩選提供了一個動態(tài)的、方便進(jìn)行基因調(diào)控的人源性細(xì)胞模型，揭示了 sMDD 病人在細(xì)胞層面的異常病理表型，并為將來的靶點(diǎn)藥物開發(fā)和診斷治療提供了依據(jù)。
本研究中 Chromium 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序由博奧晶典提供。

【發(fā)表期刊】EMBO Molecular Medicine

【影響因子】14.260

【發(fā)表時間】2023年1月11日

【發(fā)表單位】南京醫(yī)科大學(xué)

研究背景

伴有自殺行為的重度抑郁癥（sMDD）是一種嚴(yán)重的情緒障礙，但由于缺少動態(tài)人源性模型，所以 sMDD 產(chǎn)生機(jī)制鮮有報道。而利用攜帶患者遺傳信息的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）分化的神經(jīng)元和類器官進(jìn)行研究，可能會為揭示 sMDD 的發(fā)病機(jī)制及藥物研發(fā)帶來新的希望。

研究路線

主要結(jié)果

1. sMDD 衍生的 GINs 顯示出異常的病理表型

研究人員選擇 5 名自殺未遂的 sMDD 患者（sMDD 組）和 5 名健康對照（CTRL 組）的外周血細(xì)胞重新編程為 iPSCs，并分化為 GABA 能中間神經(jīng)元（GINs）。分析兩組 GINs，結(jié)果發(fā)現(xiàn) sMDD 來源的 GINs 的神經(jīng)元形態(tài)和 GINs 亞型均表現(xiàn)異常，而且表現(xiàn)出異常過度興奮的電生理信號及異常低的鈣信號。

2. sMDD 衍生的 GIN 中?HTR2C?的表達(dá)降低

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)了 5 種主要細(xì)胞類型，包括循環(huán)細(xì)胞（CyC）、神經(jīng)干細(xì)胞、腹側(cè)神經(jīng)祖細(xì)胞（vNPC）、早期中間神經(jīng)元（eIN）和成熟中間神經(jīng)元（mIN）。接下來對 CTRL 和 sMDD 樣本進(jìn)行差異表達(dá)分析。sMDD 組中差異表達(dá)的基因與 MDD 的相關(guān)性最大。GSEA 揭示了 sMDD GIN 簇中改變的生物過程和分子功能。GABA 能神經(jīng)元分化和鉀通道活性項(xiàng)上調(diào)，而高電壓門控鈣通道活性項(xiàng)下調(diào)，表明 sMDD GINs 中鈣通道功能發(fā)生改變。Bulk RNA-seq 結(jié)果顯示兩組之間有 244 個 DEG，對 DEG 進(jìn)行功能富集分析發(fā)現(xiàn)?HTR2C?包含在許多途徑中。通過組合 DrugBank 中的 DEG 及其靶藥物以形成基因-藥物網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)其與藥物誘導(dǎo)表達(dá)的接近程度對藥物的潛在靶點(diǎn)進(jìn)行排序，發(fā)現(xiàn)?HTR2C?是 DEG 中最豐富的基因。

3.?HTR2C 過表達(dá)可部分逆轉(zhuǎn) sMDD GINs 的缺陷

為了進(jìn)一步確認(rèn) HTR2C 在介導(dǎo) sMDD 缺鈣中的作用，并評估其表型是否具有重復(fù)性，將 shRNA 或 OE 慢病毒感染到對照組腹前腦類器官中，然后將其消化成單個細(xì)胞進(jìn)行粘附培養(yǎng)，并對貼壁神經(jīng)元進(jìn)行了成像分析。觀察了 GFP+?神經(jīng)元上的鈣信號，并使用 KCl 進(jìn)行去極化刺激。結(jié)果表明，KD 病毒組神經(jīng)元的鈣信號顯著低于載體病毒組，表明 CTRL 組 HTR2C 的下調(diào)顯示出與鈣信號降低相關(guān)的 sMDD 病理表型。而 OE 組缺陷的功能被顯著逆轉(zhuǎn)，提示 HTR2C 過表達(dá)可部分逆轉(zhuǎn) sMDD GINs 的缺陷。

4.sMDD 相關(guān)的神經(jīng)缺陷可以通過 5-HT2CR 激動劑 Trzd 的過度表達(dá)來修復(fù)

接下來科研人員選擇 3 種 FDA 批準(zhǔn)的 5-HT2CR 激動劑：PNU、Ro 和 Trzd 來測試它們對 sMDD GIN 中鈣信號和電生理的影響。結(jié)果顯示 10?μM Trzd 可顯著增加鈣信號峰值。因此，研究人員選擇了它進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，結(jié)果顯示 10 μM Trzd 治療可以逆轉(zhuǎn) sMDD GINs 和腹側(cè)前腦類器官中的異常鈣信號傳導(dǎo)和過度活動。并對 Tred 治療后的 GINs 進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序，證實(shí) Trez 治療部分逆轉(zhuǎn)了 sMDD GINs 的缺陷。

全文結(jié)論及研究意義

01

sMDD 衍生的 GABA 能中間神經(jīng)元（GINs）顯示出改變的神經(jīng)元形態(tài)和異常的 GIN 亞型；

02

sMDD 衍生的 GINs 表現(xiàn)出異常的電生理超興奮性和降低的鈣信號；

03

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組及 bulk 轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示在 sMDD 衍生的 GIN 中 HTR2C 的表達(dá)降低；

04

sMDD 相關(guān)的神經(jīng)缺陷可以通過 HTR2C 和 5-HT2CR 激動劑 Trzd 的過度表達(dá)來修復(fù)。

研究結(jié)論

總之該研究為 sMDD 的機(jī)制研究以及藥物篩選提供了一個動態(tài)的、方便進(jìn)行基因調(diào)控的人源性細(xì)胞模型，揭示了 sMDD 病人在細(xì)胞層面的異常病理表型，并提示 5-HT2C 可能是重度抑郁癥的潛在藥物靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

Lu K, Hong Y, Tao M, Shen L, Zheng Z, Fang K, Yuan F, Xu M, Wang C, Zhu D, Guo X, Liu Y. Depressive patient-derived GABA interneurons reveal abnormal neural activity associated with HTR2C.?EMBO Mol Med.?2023 Jan 11;15(1):e16364.