Mol Psychiatry︱抑郁症生物标记物新的发现——外泌体中的线粒体蛋白

撰文︱郑媛嘉

责编︱王思珍

重度抑郁症（major depressive disorde，MDD）是由于患者个体内遗传系统（基因）存在异常，或后天环境的巨变所引起的一种情绪性功能障碍，以持久自发性的情绪低落为主的一系列抑郁症状，世界卫生组织将其列为全球导致残疾的最大因素[1, 2]。尽管MDD的患病率和发病率很高，但是目前MDD的诊断手段并不可靠。一线药物治疗也并不完全有效，只有27%的患者在首次治疗后缓解，67%在四次完整治疗后才缓解。

为了很好地评估和发展新的治疗方法，需要鉴定参与MDD致病机制的特定的生物标志物，从而揭示与其相关的治疗靶标[3, 4]。既往研究表明，抑郁症患者血液中某些神经递质、色氨酸代谢物、内分泌激素、免疫细胞因子、生长和神经营养因子的浓度与对照组有显著差异[5-9]，其中，生长和神经营养因子的下降，免疫细胞因子和皮质醇的上升，与对治疗反应呈正相关[5,7]。但这些生物标志物的变化缺乏疾病特异性，也无法用于预测评估疾病的严重程度和对治疗的反应。新的研究表明，精神疾病中神经元线粒体数量、形态和电子传递活性显著改变，而线粒体DNA多态性增加、缺失和突变也提示线粒体异常可能是MDD的基本致病机制[10]。在应激性情绪障碍中，也可以观察到线粒体DNA拷贝数的变化和线粒体呼吸链酶活性的改变[11]。最近对首发精神病患者神经元源性细胞外囊泡的分析显示，相对于对照组，线粒体电子传递复合物、结构成分和神经保护因子水平异常[14, 15]。

2021年9月份，美国加州大学医学院的Edward J. Goetzl（第一作者，通讯作者）与合作者在Molecular Psychiatry上发表了题为“Abnormal levels of mitochondrial proteins in plasma neuronal extracellular vesicles in major depressive disorder”的文章，对比MDD患者在接受特异性5 -羟色胺再摄取抑制剂（SSRI）治疗前后，与相应年龄性别的健康对照组中神经元源性细胞外囊泡的功能性线粒体蛋白的差异，这有可能成为有用的抑郁症生物标志物，并且成为药物靶标。

细胞外囊泡是由细胞主动释放的多样的纳米级膜囊泡，类似大小的囊泡可根据其生物发生、大小和生物物理性质进一步分类（如外泌体、微囊泡）。作者团队由此开发了一个平台，用于研究在血浆神经元源性细胞外囊泡（neuron-derived extracellular vesicles，NDEVs）中的神经元线粒体蛋白（MPs），这些蛋白富集于外泌体亚群，因此检测其外泌体水平也可反映大脑神经元中的MPs含量[12,13]。

在20名前后接受SSRI治疗的MDD患者的血浆NDEVs（包括外泌体）和10名对照组的NDEVs中，作者对14种哺乳动物神经元线粒体蛋白进行了量化。首发精神病患者的血浆NDEV水平与健康对照组相比有显著差异[14,15]。图1展示各神经元蛋白的NDEV水平（包括外泌体标记物CD81）。对SSRI有反应的群体治疗前（R-Bsl）的CD81（图1A）水平比正常对照（Ctl）稍微增加，在治疗后恢复到正常水平（R-Tr）。

图1 参与线粒体动力学和其他维护功能的NDEV蛋白水平

（图源：Goetzl E. J et al., Mol Psychiatry. 2021）

本研究中观察的第一类蛋白为涉及线粒体动力学和功能维护的NDEV线粒体蛋白，包括转录因子TFAM，膜电位、代谢和孔通透性的CYPD调节因子，线粒体融合和分布所需的MFN2，以及将线粒体锚定在轴突微管和突触前区域微丝上的栓系蛋白SNPH和MY06（表1）[16-20]。结果显示，对SSRI有反应的群体治疗后（R-Tr）组的TFAM略高于正常的R-Bsl水平（图1B）。对SSRI无反应的群体治疗前（NR-Bsl）和R-Bsl组的MFN2和CYPD水平均明显低于Ctl组，经治疗后，R-Tr 的CYPD水平显著高于R-Bsl，而MFN2的R-Tr水平完全恢复到Ctl水平。对SSRI无反应的群体治疗后（NR-Tr）组的CYPD和MFN2水平均无明显改变（图1C, D）。此外，NR-Bsl和R-Bsl的SNPH和MY06水平均显著低于Ctl组， 但治疗后R-Tr的SNPH和MY06水平显著高于Bsl水平（NR-Tr组没有改变）（图1E,F）。钙通道/钙通道增强蛋白LETM1的结果与MFN2相似（图1G）。

首发精神病患者4种上述的NDEV水平显著低于对照组（表1）。其中SNPH 和MY06 在FP的表达水平与MDD组明显不同。

表1 首发精神病（FP）和未治疗的MDD基线线粒体NDEV蛋白水平的比较

（表源：Goetzl E. J et al., Mol Psychiatry. 2021）

除上述神经元线粒体蛋白，本研究观察的第二类蛋白是一类对能量产生有重要作用的蛋白，包括：内膜电转移复合物NADH脱氢酶复合物I-6（Complex I-6）和细胞色素b-c1复合物III-10（Complex III-10）、烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶2 (NMNAT2)、以及具有显著NAD酶活性的SARM1（表1）[21, 22]。NR-Bsl和R-Bsl水平的Complex I-6和Complex III-10都明显低于相应的对照组水平（图2 A, B）。其中R-Tr 中Complex III-10可被治疗完全逆转，而Complex I-6并没有显著改变。NR-Tr组Complex III-10蛋白水平不受治疗影响，Complex I-6蛋白水平则显著降低。决定线粒体NADH /NAD+浓度的两种酶主要为NMNAT2和SARM1，与Ctls相比，NR-Bsl和R-Bsl组的NMNAT2水平显著降低（图2C），SARM1水平则显著升高（图2D）。在R-Tr组中，两种蛋白水平均正常化，而在NR-Tr组中没有变化。

图2 参与线粒体能量产生的NDEV蛋白水平

（图源：Goetzl E. J et al., Mol Psychiatry. 2021）

第三类神经元线粒体蛋白参与代谢调控和细胞生存，包括由线粒体核糖体RNA编码的神经保护蛋白Humanin和神经元代谢调节蛋白MOTS-c （表1, 图3A，B）[23-25]。在R-Bsl组中两种蛋白水平均显著低于Ctls，R-Tr组治疗后可逆转。但在对SSRI无反应的群体中，NR-Bsl组的MOTS-c水平显著降低，且治疗后也没有变化，而Humanin基线没有变化，但治疗后进一步降低。

第四类神经元线粒体蛋白主要通过影响线粒体DNA复制以调节线粒体生物发生[26]，包括转录因子PGC-1α和NRF2（表1）。PGC-1α的水平在各组间均无差异，NRF2在NR-Bsl组和R-Bsl组有统计学差异，但在NR-Tr组和R-Tr组中无统计学差异（图3C, D）。

图3 参与线粒体生物发生的NDEV蛋白水平

（图源：Goetzl E. J et al., Mol Psychiatry. 2021）

文章结论与讨论，启发与展望本研究对神经元源性细胞外囊泡（NDEV）线粒体蛋白的观察结果表明，MDD和首发精神病与神经元线粒体的许多异常有关，包括其生物发生、结构、代谢、能量产生和多肽的产生以及这些多肽保护和调节神经元的正常生理过程。

MDD治疗成功后，线粒体蛋白NDEV水平大部分都可正常化，但在治疗没反应的群体中，这类蛋白不能很好地被修复改善，这也使得无法明确的识别出其中关于线粒体蛋白特定的病理机制或药物靶点。但是，这些NDEV蛋白的改变可能可以用于反映疾病严重程度或对治疗反应的指标，或可能预示疾病的早发或复发。 

本研究另一个局限也在于，该结果是根据少数患者的初步结果， MDD或首发精神病的严重程度与NDEVs中一种或多种线粒体蛋白的异常水平之间难以得出有意义的相关性，因此还需要大型的对照研究才能进一步做相关性的观察研究，并确定特别有用的生物标志物和潜在的新药物靶点。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41380-021-01268-x

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制版︱王思珍

本文完