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抑制信号变少时,海马怎样牵动抑郁样行为?

Brain · 2024-11-01

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Brain · 研究前沿

抑制信号变少时,海马怎样牵动抑郁样行为?

小鼠研究将5-HT2C受体与海马GABA信号联系起来。受体受阻后,抑制性传递减弱;nNOS–CAPON相互作用和囊泡释放相关蛋白,为细胞与行为变化提供机制线索。

原论文图2D1局部:海马齿状回钙指示标记荧光视野

谈到情绪与血清素,人们很容易想到“多一点还是少一点”。但同一种递质遇到不同受体,可能带来不同的细胞响应。2024年5月3日在线发表于 Brain 的小鼠研究,聚焦5-HT2C受体与海马内部的兴奋—抑制平衡。研究发现,受体受阻后,CA3区域的GABA信号减少,锥体细胞接收到的抑制性事件变得稀少,并伴随抑郁相关行为读出的改变。受体后方的钙信号、nNOS–CAPON相互作用及囊泡释放相关过程,为理解这条联系提供了更细的分子层次。

关键发现

5-HT2C受体受阻后的相对兴奋偏移,主要伴随GABA及抑制性事件频率降低。减弱nNOS–CAPON相互作用,可改善相关抑制传递与行为读出,提示一条受体到细胞网络的调节联系。

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同一种递质,作用还取决于接收方式

血清素能够作用于多种受体,影响不同细胞和脑区。5-HT2C受体与情绪相关行为的关系,过去已有不同方向的观察。此次研究先从慢性轻度应激条件出发,发现小鼠海马中该受体的RNA和蛋白水平均降低,将问题引向受体信号怎样影响局部网络。

随后,受体拮抗条件使小鼠在两类应激应对测试中的不动时间增加,受体激动条件则使不动时间减少。这些是与抑郁研究有关的动物行为指标,涉及特定任务下的反应方式,尚未构成人类临床情绪或疗效的直接测量。

相对偏向兴奋,主要来自抑制减少

在海马CA3,受体受阻后的细胞外GABA信号降低,谷氨酸的对应变化没有达到显著;谷氨酸与GABA的比值则升高。这个比值提示两者的相对关系改变,结果中的突出变化来自抑制一侧的减少。

电活动也给出了相近线索:锥体细胞自发抑制性电流的频率下降,幅度没有显著改变;自发兴奋性电流的频率和幅度比较均未达显著。兴奋与抑制的频率比改变,幅度比则未显著改变,不同指标共同限定了这次平衡变化的含义。

原论文图 1受体信号、递质与突触电流
受体信号、递质与突触电流
图1展示应激后的受体表达降低及受体药理比较;CA3中GABA和抑制性电流频率降低,谷氨酸及相应幅度比较未达显著。
来源:Hu-Jiang Shi et al. · Brain · © The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press on behalf of the Guarantors of Brain.
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钙活动与蛋白相互作用,出现关联变化

研究观察到,受体拮抗时,海马nNOS与其结合伙伴CAPON形成的复合物增加;受体激动时,相关结合减少。nNOS通常与一氧化氮信号有关,而这里关注的是它与另一种蛋白的结合状态,并非简单把总表达量等同于功能变化。

齿状回群体钙信号在较晚观察窗口呈现对应方向的变化,最初窗口的组间差异未达显著。进一步的钙相关比较支持其参与蛋白结合调节,但群体钙并不直接说明每个细胞的放电次数,也没有确定全部信号来自哪一类细胞。

原论文图 2钙信号与nNOS–CAPON相互作用
钙信号与nNOS–CAPON相互作用
图2显示受体相关的蛋白结合与钙信号变化,早期钙窗口未见显著差异;钙的来源及作用仍存在待解层次。
来源:Hu-Jiang Shi et al. · Brain · © The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press on behalf of the Guarantors of Brain.
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减弱蛋白结合,相关行为读出得到改善

如果nNOS–CAPON只是在受体变化后伴随改变,干预它未必会影响行为。研究用不同途径减弱这种结合后,受体拮抗条件下的不动时间减少,蔗糖偏好也得到改善。两种受体拮抗条件和不同相互作用干预,提供了相互支持的比较。

这些结果使蛋白结合状态与动物行为之间的联系更具体。改善发生在所测试的药理条件及行为任务中,仍需要区分不同应激背景、其他脑区,以及其他递质变化可能作出的贡献。

原论文图 3蛋白相互作用的行为相关证据
蛋白相互作用的行为相关证据
图3显示减弱nNOS–CAPON结合后,受体受阻相关的不动时间与蔗糖偏好读出改善。
来源:Hu-Jiang Shi et al. · Brain · © The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press on behalf of the Guarantors of Brain.
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囊泡释放相关蛋白,为抑制减少提供解释

神经元释放递质,需要囊泡与细胞膜协调融合,SNARE蛋白复合物参与这一过程。研究发现,受体受阻时相关复合物组装减少,减弱nNOS–CAPON结合则改善了组装读出。这让受体信号与递质释放之间有了一个可检验的中间环节。

围绕释放相关功能的比较进一步支持,这个环节参与了行为改善。相关蛋白读出主要来自海马样本,尚未把每一种细胞、每一处突触的变化分别确定。分子与网络之间的联系在逐步清楚,细胞来源仍有需要继续展开的部分。

GABA传递,将分子变化接回局部网络

减弱nNOS–CAPON结合后,受体拮抗相关的GABA下降和抑制性事件频率降低得到改善,兴奋性电流的相应比较没有显著改变。频率比与幅度比仍表现不同,支持的重点是特定抑制性传递环节,而非所有神经信号一起恢复。

进一步降低CA3抑制性神经元活动,会削弱相互作用干预带来的行为改善。它支持局部GABA相关功能参与,但哪些抑制性细胞亚型更关键、齿状回与CA3之间怎样配合,仍需进一步研究。

情绪相关网络的变化,可能从抑制一侧开始

这项研究将受体、钙相关调节、蛋白结合、囊泡释放与行为联系起来,为5-HT2C受体作用的讨论增加了细胞层次。作者的机制示意概括这些结果,实际证据仍由各项具体比较支撑,图中的相对兴奋偏移尤其与抑制减弱有关。

这条机制并未覆盖抑郁的全部生物学。钙从何处产生、不同细胞怎样参与,以及多巴胺等其他递质变化的影响,仍留有问题。它为理解小鼠特定条件下的抑郁相关行为提供了线索,面向人类的治疗价值仍需要后续验证。

原论文图 6作者提出的分子与细胞模型
作者提出的分子与细胞模型
图6为作者机制总结示意:受体信号与nNOS–CAPON结合、释放相关过程及GABA传递相联系,并非另一次独立实验。
来源:Hu-Jiang Shi et al. · Brain · © The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press on behalf of the Guarantors of Brain.
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论文信息

Hu-Jiang Shi, Yi-Ren Xue, Hua Shao, Cheng Wei, Ting Liu, Jie He, Yu-Hao Yang, Hong-Mei Wang, Na Li, Si-Qiang Ren, Lei Chang, Zhen Wang, Li-Juan Zhu
Hippocampal excitation-inhibition balance underlies the 5-HT2C receptor in modulating depressive behaviours
Brain · 2024-05-03
DOI: 10.1093/brain/awae143