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溶酶体走出回收站:星形胶质细胞如何回应压力

Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-09-12

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Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 研究前沿

溶酶体走出回收站:星形胶质细胞如何回应压力

雄鼠研究将星形胶质细胞中的 TFEB、溶酶体通道 TRPML1 与 ATP 释放相连,揭示它们对压力后社会回避等行为的影响。

AI 概念插画:星形胶质细胞中的溶酶体与细胞外信号,不是实验图像

溶酶体常被看作细胞的回收站,负责拆解和再利用物质。但在星形胶质细胞中,它还参与向细胞外释放信号。2024 年发表于 Advanced Science 的研究,把镜头对准内侧前额叶皮层(mPFC):长期压力后,易感小鼠中这些细胞的溶酶体改变,通道蛋白 TRPML1 也降低。沿着这一变化,团队找到转录因子 TFEB 与 ATP 释放之间的联系,让细胞内部的小囊泡与动物的应激行为发生了交集。

关键发现

星形胶质细胞的 TFEB–TRPML1 轴支持溶酶体胞吐与 ATP 释放;削弱这一环节使雄鼠部分抑郁样行为增加,在 mPFC 恢复 TRPML1 可改善受测行为。

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压力留下的细胞内痕迹

慢性社会失败后,有些小鼠出现明显社会回避。与对照和抵抗压力的小鼠相比,这些易感小鼠的 mPFC 星形胶质细胞溶酶体更大;同一区域神经元的溶酶体形态没有明显变化。变化首先显现在特定细胞,而非所有脑细胞一起改变。

易感小鼠脑内 Mcoln1 表达和其编码的 TRPML1 蛋白降低。重性抑郁障碍患者外周血样本中的 MCOLN1 表达也较低,是另一层面的临床关联。细胞中溶酶体变大,并不意味着工作更顺畅:团队接着检验其中通道的功能。

原论文图 1压力后的溶酶体与 TRPML1 变化
压力后的溶酶体与 TRPML1 变化
原论文 Figure 1:易感小鼠星形胶质细胞的溶酶体形态改变,神经元相应指标基本相近;小鼠脑与血液、患者外周血的表达结果分别展示。
来源:Mo JW et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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同一个通道,不同细胞的后果

在成年星形胶质细胞中删除 Mcoln1,小鼠在强迫游泳任务中的不动时间增加。经历较轻的社会失败后,它们出现更多社会回避,糖水偏好也降低。通常较轻的压力,此时更容易伴随行为变化。

这些小鼠的开放空间探索、总活动距离和受测运动能力基本保持不变。在 CaMKIIα 标记的神经元中删除同一基因,也没有引出相同的游泳和社会互动变化。TRPML1 的作用与所在细胞有关,行为差异也没有伴随普遍的运动障碍。

原论文图 2星形胶质细胞与神经元的比较
星形胶质细胞与神经元的比较
原论文 Figure 2:星形胶质细胞缺失 TRPML1 后,不动时间及压力后社会回避增加;神经元缺失时,相应受测行为未见明显改变。
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把作用缩小到前额叶

只在 mPFC 星形胶质细胞中删除 Mcoln1,就能再现不动时间增加和压力后的社会互动减少。随后,在全脑星形胶质细胞缺失 TRPML1 的小鼠中,仅向 mPFC 星形胶质细胞补回这一蛋白,两项行为都得到改善。

局部缺失与局部补回指向同一个脑区。这让问题从“胶质细胞是否重要”进一步落到:前额叶星形胶质细胞中的溶酶体,怎样影响周围细胞所处的信号环境?

原论文图 3局部缺失与补回的行为结果
局部缺失与补回的行为结果
原论文 Figure 3:mPFC 星形胶质细胞中删除 TRPML1 增加不动时间与社会回避;在该区域恢复表达可改善两项受测行为。
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ATP:从胞内囊泡到细胞外信号

TRPML1 是溶酶体膜上的钙通道。培养星形胶质细胞失去它后,溶酶体更多、更大,但胞吐响应受损,培养液中的溶酶体酶活性和 ATP 水平均下降。激活通道可增加 ATP 释放,而阻断胞吐会削弱这一增加。

ATP 不只是能量分子,在细胞外还参与信息传递。同一种分子跨过细胞膜,角色便从内部供能延伸到周围细胞间的沟通。脑片中的细胞外 ATP 在缺失组较低;活体记录中,社会失败前两组受攻击时的 ATP 响应相近,失败后缺失组的响应明显降低。压力让原本相近的信号拉开了距离。

在缺失小鼠中全身给予 ATP,可降低强迫游泳不动时间。这项结果与细胞和脑片发现相呼应,将 ATP 放在行为机制的重要位置,但这里的补充作用来自全身给药。

原论文图 4溶酶体胞吐、ATP 与行为
溶酶体胞吐、ATP 与行为
原论文 Figure 4:通道缺失降低胞吐相关释放及细胞外 ATP;活体攻击相关 ATP 响应在社会失败后下降;全身 ATP 补充改善游泳不动时间。
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TFEB 的变化有先后

上游线索来自调节溶酶体相关基因的 TFEB。易感小鼠的 mPFC 中,TFEB 蛋白减少。培养星形胶质细胞受到糖皮质激素类似物刺激时,TFEB 起初更容易进入细胞核,较长刺激后则核内分布及总蛋白下降,早期反应与后期变化并不相同。

在星形胶质细胞中,TFEB 可结合 Mcoln1 启动子;减少 TFEB,TRPML1 和 ATP 释放随之下降。此时激活 TRPML1,仍可提升 ATP 释放,像是绕过上游损失,重新推动下游环节运转。

原论文图 5TFEB 与 TRPML1 的上下游联系
TFEB 与 TRPML1 的上下游联系
原论文 Figure 5:TFEB 的应激响应具有时间差异;启动子结合、缺失及通道调节实验支持 TFEB 对 TRPML1 相关 ATP 释放的调控。
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下游补回把分子链连到行为

删除星形胶质细胞 TFEB,也增加游泳不动时间和轻度社会失败后的回避;局部 mPFC 缺失能再现这些变化。在 TFEB 缺失背景下,向 mPFC 星形胶质细胞增加 TRPML1,游泳和社会互动表现都得到改善。

恢复下游蛋白缓解了上游缺失的行为后果,使 TFEB、TRPML1 与压力应对形成连续的解释。与此同时,开放空间和运动指标并未随缺失普遍改变,这条分子链的行为作用呈现出选择性。

原论文图 6TFEB 缺失背景下恢复 TRPML1
TFEB 缺失背景下恢复 TRPML1
原论文 Figure 6:星形胶质细胞 TFEB 缺失影响不动时间及压力后互动;mPFC 星形胶质细胞中的 TRPML1 增加可改善这两项行为。
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回收系统也是沟通系统

这项研究让溶酶体从细胞内部的回收场所,延伸到脑内沟通的环节。行为因果证据来自成年雄鼠,释放机制主要在培养细胞与脑片中解析,患者证据则是外周血表达关联。不同层面的观察共同说明:压力改变细胞的内部组织方式时,也可能改变它向外传递信息的能力。

论文信息

Mo JW, Kong PL, Ding L, Fan J, Ren J, Lu CL, Guo F, Chen LY, Mo R, Zhong QL, Wen YL, Gu TT, Wang QW, Li SJ, Guo T, Gao TM, Cao X.
Lysosomal TFEB-TRPML1 Axis in Astrocytes Modulates Depressive-like Behaviors
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-09-12
DOI: 10.1002/advs.202403389