血脑屏障的分子适应性可促进抗应激和抗抑郁能力

背景

临床研究表明，炎症和血管功能障碍是重性抑郁障碍(MDD)的发病机制之一。在雄性小鼠中，慢性社会应激(CSDS)通过降解紧密连接蛋白claudin-5 (cldn5)改变血脑屏障(BBB)的完整性，从而促进循环中促炎细胞因子的传递和抑郁样行为。这种效应在伏隔核(一个与情绪调节相关的大脑区域)内表现突出；然而，所涉及的机制尚不清楚。本研究通过构建抑郁模型小鼠和收集抑郁患者标本研究伏隔核内皮细胞中潜在的应激敏感性与抗应激的分子适应。研究发现，抗应激小鼠中，cldn5启动子上的组蛋白乙酰化允许增加，叉头框蛋白O1（FoxO1）减少。同时本研究鉴定了组蛋白去乙酰化酶1(hdac1)在应激敏感小鼠中上调，伏隔核中HDAC1活性的药理学抑制增加了应激小鼠的社交互动作用。最后本研究证实了在抑郁患者伏隔核中组蛋白去乙酰化酶（HDAC1）的表达增加，并且与cldn5显著相关。

本研究旨在确定伏隔核内皮细胞中潜在的应激敏感性与抗应激的分子适应，为应激诱导的BBB高通透性改变和抑郁样行为的建立提供分子框架。结果表明在抑郁症中考虑应激引起的神经血管病理具有重要意义，并为治疗该情绪障碍和增强适应力提供了治疗靶标。

方法

结果

1、cldn5表观遗传变化与抗应激和抗抑郁相关

构建CSDS模型小鼠并进行社会互动（SI）测试后，对伏隔核进行免疫沉淀。观察到抗应激组小鼠伏隔核中cldn5基因启动子的表达与组蛋白3上的泛乙酰化更高和H3K27me3的甲基化抑制性更低有关。同时对抑郁症患者伏隔核免疫沉淀分析发现，在抑郁症患者中，cldn5启动子也存在表观遗传修饰，接受抗抑郁药治疗的MDD患者死亡时的抑制性甲基化程度较低。

2、抗应激小鼠的内皮细胞中抑制性的cldn5相关转录因子FoxO1表达较低

构建CSDS模型，检测伏隔核内皮细胞中FoxO1和β-连环蛋白(β-catenin）基因ctnnb1的表达，以评估该信号通路是否与应激诱导的BBB完整性丧失有关。结果发现与无应激对照组和应激敏感组小鼠相比，抗应激组小鼠中FoxO1的表达增加。但是，Fox01对内皮细胞不是特异性的。因此，利用RNAsCope原位杂交技术，通过内皮细胞特异性标志物CD31的双标记，定量内皮细胞中cldn5相关转录因子FoxO1的表达。结果表明RES小鼠伏隔核内皮细胞中FoxO1表达显著降低。

3、伏隔核内皮细胞的转录组范围的变化与应激敏感性有关

为了识别可造成应激诱导的cldn5丧失，BBB通透性改变和抑郁样行为的区域和细胞特异性分子改变，本研究在无应激对照组、应激敏感组和抗应激组小鼠的伏隔核中借助内皮细胞磁活化细胞分选(MACS)筛选内皮细胞并用流式活细胞荧光筛选确认，并进行了转录组范围的全基因水平表达分析。结果表明TNFa/NFkB参与了小鼠应激，诱导血脑屏障的通透性增加。

4、抑制应激诱导的hdac1表达增加可以挽救cldn5的表达并促进抗应激能力

通过应激敏感组与抗应激组小鼠差异基因分析发现，抗应激组小鼠伏隔核内皮细胞中hdac1的表达降低，hdac1在基因表达调控中起关键作用。随后进行定量qPCR证实了应激敏感组小鼠伏隔核中hdac1表达的增加，并且与社交互动水平显著相关。通过HDAC活性抑制药理学实验结果表明，抑制剂MS-275的使用增加了应激敏感组小鼠的社交互动，证明抑制应激诱导的hdac1表达增加可以挽救cldn5的表达并促进抗应激能力。

5、人类抑郁与伏隔核内皮细胞的分子变化有关

为了使小鼠的研究结果更有价值，本研究随后进行了临床水平的验证。通过健康对照组 (CTRL)、未经抗抑郁治疗组(MDD，AD-）和抗抑郁治疗组 (MDD，AD+）的FoxO1、CTNNB1和CLDN5的水平进行检测。结果表明FoxO1在抑郁症患者伏隔核中的表达发生了改变，且与治疗无关，而在CTNNB1中未观察到变化。相反的是，HDAC1水平仅在未接受抗抑郁治疗的MDD患者的伏隔核中升高。此外，HDAC1表达增加与未治疗的MDD患者伏隔核中CLDN5水平降低显著相关，这加强了表观遗传修饰与CLDN5相关的BBB完整性缺失的联系。

6、cldn5的表观遗传调控与抗应激有关，但缺乏内皮分子适应性和炎症导致的cldn5缺失和抑郁样表现

正常的社会互动与cldn5基因启动子的表观遗传和转录调控有关，使血脑屏障在压力条件下保持完整性。相反，应激诱导的血脑屏障通透性与内皮细胞的炎症和表观遗传抑制因子hdac1的上调有关，这降低了cldn5的表达，可能导致紧密连接松动、血脑屏障渗漏和建立类似于抑郁的行为。

结论

本研究发现小鼠伏隔核内皮细胞中潜在的应激敏感性与抗应激的分子适应，发现cldn5的表观遗传变化与抗应激和抗抑郁有关，并鉴定了hdac1在应激敏感小鼠中上调，同时在抑郁患者中证实了伏隔核中hdac1的表达增加，并且与cldn5显著相关。

思考

常规的抗抑郁药治疗对30%至50%的抑郁症患者无效，这表明诸如应激诱导的炎症和血管功能障碍等生物学机制仍是未知的。血脑屏障是大脑与血液中有害毒素或炎症信号之间的最终边界。抑郁和对慢性社会应激的敏感性与血脑屏障完整性的丧失有关；但是，所涉及的机制仍然知之甚少。本研究结合了小鼠的行为、药理和细胞特异性基因分析实验和人类样本的表观遗传学、分子和解剖分析，以揭示保护大脑、促进恢复力的治疗潜力机制。

本研究发现抑郁症患者的伏隔核内皮细胞中FoxO1表达增加，从而增强了该转录因子与情绪障碍的关系。FoxO1可调节血管内皮生长因子A(VEGFA)的表达并促进愈合伤口中的血管生成。在炎症条件下，VEGF增加血管通透性，这是一种由cldn5中断介导的效应。以上发现可通过前瞻性评估内皮细胞的信号传导进一步开展相关研究。

原文：Dudek K A, Dion-Albert L, Lebel M, et al. Molecular adaptations of the blood–brain barrier promote stress resilience vs. depression[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, 117(6): 3326-3336.

翻译：许  丹

排版：毛悟宇

审核：李  月