Neurosci Bull︱突触相关蛋白Dlg1通过抑制小胶质细胞激活改善小鼠抑郁样行为

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撰文︱彭志鑫

责编︱王思珍

抑郁症（depression）是一种严重的精神疾病，普遍存在于各个年龄段，患病人数众多，抑郁症会显著增加自杀的风险以及诱发身体疾病【1-4】。先前研究报道神经炎症是情绪障碍的危险因素，尤其在抑郁症患者中观察到有神经炎症发生，包括激活的小胶质细胞和炎性介质的释放【5,6】。Dlg1基因在神经元突触、肿瘤发生、外周免疫细胞激活和增殖等方面已被报道发挥重要作用【7-9】，但在小胶质细胞激活以及神经炎症中的功能尚不清楚。

2021年9月6日，军事医学研究院的袁增强教授、中央民族大学的程金波副教授联合团队在Neuroscience Bulletin在线发表了题为“Dlg1 Knockout Inhibits Microglial Activation and Alleviates Lipopolysaccharide-induced Depression-like Behavior in Mice”的研究论文，揭示了Dlg1在小胶质细胞激活中的重要作用，并为神经炎症介导的抑郁症提供了潜在治疗靶点。南华大学的彭志鑫硕士和军事医学研究院的李晓恒博士为该论文的共同第一作者。（另见“逻辑神经科学”袁增强/程金波最新研究成果报道：Sci Adv︱重要发现！钙稳态调节蛋白Calhm2调控小胶质细胞激活以及参与阿尔茨海默病进程）

小胶质细胞介导的神经炎症被广泛认为是导致许多神经系统疾病和精神障碍（包括抑郁症）的重要原因【3,4】。 Discs large homolog 1（简称Dlg1），属于相关鸟苷酸激酶家族，其作为一种衔接蛋白，参与调节细胞极化和K⁺通道，同时K⁺通道在小胶质细胞的激活中发挥了重要调节作用【10, 11】。 然而，关于Dlg1在小胶质细胞和中枢神经系统稳态维持中的作用却不清楚。

在本项研究中，首先研究人员在体外建立Dlg1基因敲低或过表达的BV2细胞系，采用LPS（一种被广泛用于小胶质细胞激活的诱导剂）处理以研究Dlg1在小胶质细胞激活中的作用，发现BV2细胞Dlg1基因敲低后，促炎细胞因子的释放显著减少；而过表达细胞系相对应的结果均显著升高（图1），提示Dlg1参与小胶质细胞的激活过程。

图1小胶质细胞Dlg1基因敲除抑制LPS诱导的炎症

（图片引自：Z Peng, et al., Neurosci Bull 2021）

以往的研究已证实了LPS是NF-κB和MAPK通路的激活剂【12, 13】，因此研究人员采用了短时间的LPS刺激，发现Dlg1基因敲除的BV2细胞中多种通路蛋白的磷酸化水平明显下降，包括p-IKKα/β、p-IκBα、p-JNK和p-P38。相应地，过表达Dlg1则显著增加了这些蛋白的水平。此外，为了确定Dlg1是否依赖钾通道的活性来调节小胶质细胞介导的炎症，研究人员应用一系列浓度梯度的钾通道培养液来抑制钾通道的活性，结果发现，受Dlg1基因敲除调控的p-Ikka/b、p-JNK和p-P38的降低水平随着K⁺浓度的升高而减弱；炎性细胞因子TNF-α和IL-6水平也受到明显抑制（图2），提示Dlg1通过靶向NF-κB和MAPK通路参与小胶质细胞的激活及其介导的炎症，可能部分依赖于钾通道活性。

图2 Dlg1在小胶质细胞中调节NF-κB信号通路

（图片引自：Z Peng, et al., Neurosci Bull 2021）

鉴于Dlg1基因敲除显著降低了小胶质细胞的炎症反应，因此研究人员试图探讨Dlg1在炎症诱导的抑郁症中的作用。研究人员首先建立了可诱导小胶质细胞特异性Dlg1基因敲除的小鼠（Dlg1^flox/flox; CX3CR1^CreER，简称cKO小鼠），并用他莫昔芬诱导小胶质细胞中Cre重组酶的活性以达到敲除Dlg1的目的。然后采取LPS（1mg/kg）腹腔注射诱导小鼠的抑郁样行为。经过矿场试验、高架十字迷宫、悬尾试验、及强迫游泳试验的行为学测试结果分析发现，小胶质细胞Dlg1的缺失可以减轻炎症诱导的小鼠抑郁样行为（图3）。

图3 小胶质细胞Dlg1基因敲除可减轻LPS诱导的小鼠抑郁样行为

（图片引自：Z Peng, et al., Neurosci Bull 2021）

接下来，研究人员对行为学实验后的小鼠的大脑中小胶质细胞的形态和数目展开了研究，通过免疫荧光和免疫组织化学染色的分析结果发现，小胶质细胞Dlg1基因敲除显著挽救了LPS诱导的小胶质细胞分枝数量和长度的减少以及胞体面积的增加。此外，LPS注射增加了对照组小鼠海马中的小胶质细胞数量，而Dlg1条件基因敲除小胶质细胞显著减少了这种增加（图4）。这些结果表明，小胶质细胞中的Dlg1基因敲除明显抑制小鼠脑内小胶质细胞的激活。

图4 小胶质细胞Dlg1基因敲除阻碍了体内小胶质细胞的激活

（图片引自：Z Peng, et al., Neurosci Bull 2021）

最后研究人员对小鼠海马组织的iNOS、IBA1和GFAP蛋白水平以及炎症因子的表达进行了检测，结果发现在LPS刺激下，cKO小鼠的iNOS和IBA1的蛋白水平显著降低，GFAP的水平与对照组小鼠相比有下降的趋势，cKO小鼠的炎性细胞因子TNF-α和IL-6显著降低，IL-1β水平呈下降趋势（图5）。这些结果共同表明，小胶质细胞条件性敲除Dlg1抑制了小胶质细胞的激活，从而减轻了神经炎症引起的抑郁样行为。

图5 小胶质细胞Dlg1基因敲除可减少小鼠大脑中的炎症

（图片引自：Z Peng, et al., Neurosci Bull 2021）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究表明Dlg1基因的敲除抑制了小胶质细胞中NF-κB信号的激活和MAPK通路的激活，从而减少了小胶质细胞的激活和促炎细胞因子的释放。此外，小胶质细胞Dlg1基因的缺失可以缓解炎症诱导的小鼠抑郁样症状。同时，本研究中Dlg1与钾离子通道活性的关系还不太清楚，是否在疾病过程中发挥协同作用仍需要进一步研究。总之，本研究揭示了Dlg1在小胶质细胞活化中的重要作用，为抑郁症的治疗提供了潜在的治疗靶点。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s12264-021-00765-x

该论文的通讯作者是中央民族大学的程金波副教授、军事医学研究院的袁增强研究员。第一作者为南华大学的彭志鑫硕士，军事医学研究院的李晓恒博士。该项工作得到清华大学刘万里教授等的大力帮助。该项工作受到国家自然科学基金重点项目以及面上项目等项目的联合资助。

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制版︱王思珍

本文完