重度抑郁症（Major depressive disorder，MDD）是一种常见神经精神系统疾病，以长期反复的心境低落、痛苦绝望、悲观厌世、甚至自杀倾向为主要症状，抑郁症通常会诱发或加重其他相关疾病的发生发展，如睡眠障碍、内分泌紊乱及骨质疏松等[1]。近年来，抑郁症的发病率逐年增高，加之新型冠状病毒的肆虐，全球新增超过7000万抑郁症患者，世界卫生组织发布的报告显示，在新型冠状病毒出现和蔓延的第一年，全球抑郁和焦虑的发病率大幅增加了25%，因此阐明抑郁症新的发病机制，研发新的抗抑郁产品具有重要意义。Mysm1是一种去泛素化酶，由SANT、SWIRM和MPN结构域组成，可去除组蛋白H2A上K119位点的单泛素修饰，剪切TRAF3、TRAF6和STING等分子上的多泛素链修饰，在调节造血干细胞（HSCs）的稳态和免疫细胞的分化和功能等方面发挥重要作用。Mysm1具有广泛的功能，其缺陷不仅会导致严重的炎症反应、贫血等免疫系统紊乱，还会导致多个组织器官功能障碍[2, 3]。最新研究表明，Mysm1突变的患者出现身材矮小、畸形、胸部不对称、颌面部发育不全、牙龈增生、双眼白内障和脑体积减少等症状[4]。2022年11月22日，军事医学研究院江小霞和朱玲玲团队在Advanced Science杂志上在线发表了题为“Genetic and pharmacological inhibition of astrocytic Mysm1 alleviates depressive-like disorders by promoting ATP production”的研究论文。该论文揭示星形胶质细胞介导抑郁症的新机制，并首次利用基因干扰和药物抑制新靶标去泛素化酶Mysm1，实现治疗抑郁症及缓解抑郁症伴随的骨质疏松。在造血系统和免疫功能方面，关于Mysm1已有许多相关的深入研究，但其在中枢神经系统中的功能尚未明确。在本研究中，该团队通过借助脂多糖（LPS）和慢性束缚应激（CRS）诱导的小鼠抑郁模型，发现在抑郁患者及抑郁动物模型大脑的多个脑区均存在Mysm1的高表达（图1）。随后，使用Mysm1flox/flox小鼠分别构建LPS和CRS抑郁模型, 通过表达Cre酶的腺相关病毒干扰单个脑区如内侧缰核、海马或内囊中Mysm1的表达，发现雌雄模型动物的抑郁样症状均得到显著缓解，尤其令人惊喜的是，抑郁小鼠的骨质疏松症状也得到明显改善（图2）。图1 Mysm1在抑郁小鼠和重度抑郁症患者的脑组织中表达增加（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）
图2 Mysm1的下调可减轻小鼠抑郁样行为和骨质疏松症（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）为明确Mysm1在何种细胞上发挥作用，研究团队借助免疫荧光、流式分选和qRT-PCR等手段分别验证Mysm1在星形胶质细胞、神经元、小胶质细胞和少突胶质细胞中的表达情况，结果显示Mysm1在GFAP阳性的星形胶质细胞中表达。利用脑立体定位注射技术，分别向内侧缰核注射星形胶质细胞和神经元特异启动的表达Cre重组酶的腺相关病毒，达到下调内侧缰核Mysm1的目的，三周后进行行为学检测，发现在内侧缰核星形胶质细胞中下调Mysm1可显著缓解小鼠抑郁样行为，而下调神经元Mysm1则没有明显的抗抑郁效果（图3）。图3 星形胶质细胞Mysm1的下调可减轻小鼠抑郁样行为（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）
为探索下调Mysm1抗抑郁作用的机制，作者利用蛋白质组和代谢组学分析Mysm1敲低的星形胶质细胞蛋白和代谢物的改变情况，结果显示，Mysm1下调的星形胶质细胞TCA循环和氧化磷酸化水平显著升高，线粒体复合体表达水平显著升高，提示Mysm1的下调可能会增强星形胶质细胞的线粒体功能和能量代谢水平（图4）。为验证这一猜想，作者首先利用微透析检测抑郁小鼠和Mysm1下调小鼠大脑内ATP水平，发现Mysm1下调小鼠脑内ATP水平显著升高。同时，电生理实验证明下调Mysm1，内侧缰核神经元活性显著升高，ATP受体阻滞剂可逆转Mysm1下调或内侧缰核补充ATP所带来的抗抑郁效应。体外实验中，Mysm1的下调可显著增加星形胶质细胞ATP合成和释放能力，透射电镜显示Mysm1下调的星形胶质细胞线粒体数量增多、线粒体嵴的超微结构更加复杂；此外，星形胶质细胞能够以钙依赖的方式从囊泡中主动释放ATP[5]。作者利用活细胞工作站检测Mysm1下调的星形胶质细胞钙信号水平，结果显示Mysm1的下调降低了钙动员的阈值，并使星形胶质细胞更容易产生和释放更多的ATP（图5）。图4 Mysm1的下调增强了星形胶质细胞中的线粒体氧化磷酸化水平（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）图5 Mysm1的下调通过ATP依赖性的方式减轻抑郁，改善星形胶质细胞的线粒体结构并降低钙动员阈值（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）此前的研究表明，Mysm1的下调能够促进p53通路的激活[6]。因此，为探索Mysm1下调增强星形胶质细胞ATP释放的机制，作者结合测序结果分析并利用Western blot和免疫共沉淀等手段发现Mysm1与p53相互作用，并且Mysm1的下调可显著激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α轴，增强星形胶质细胞线粒体功能以促进星形胶质细胞合成并释放ATP。抑制星形胶质细胞p53或AMPK可降低星形胶质细胞ATP的合成与释放，并抑制了Mysm1下调的抗抑郁作用（图6）。图6 Mysm1的下调激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α通路并促进星形胶质细胞中ATP的生成（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）先前的研究表明，阿司匹林可以降低糖尿病动物肾小球中Mysm1的表达[7]，接下来研究团队探索了阿司匹林是否可以抑制Mysm1并激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α通路发挥抗抑郁效果？Western blot结果显示，阿司匹林以剂量依赖性方式显著降低星形胶质细胞Mysm1蛋白水平，并激活p53-AMPK-Sirt1-PGC1α通路。星形胶质细胞在阿司匹林处理后ATP释放水平显著升高，抑郁小鼠内侧缰核注射阿司匹林后能够显著发挥抗抑郁效果，对抑郁小鼠和Mysm1下调小鼠内侧缰核切片进行透射电镜分析，结果显示相比于抑郁小鼠，阿司匹林处理可使线粒体数量增多，并增加线粒体嵴超微结构的复杂程度（图7）。图7 阿司匹林可抑制Mysm1表达并减轻小鼠抑郁样行为（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）图8 星形胶质细胞Mysm1在抑郁症中的作用示意图（图源：Zhang, et al., Adv Sci, 2022）文章结论与讨论，启发与展望综上所述，该研究揭示了抑郁患者及抑郁小鼠大脑Mysm1表达升高，下调抑郁小鼠脑内的Mysm1水平可显著发挥抗抑郁效应并缓解由抑郁症带来的骨质疏松问题，且靶细胞为星形胶质细胞。同时，Mysm1的下调激活了星形胶质细胞p53/AMPK/Sirt1/PGC1α轴，促进了星形胶质细胞线粒体功能及ATP的合成与释放。此外，研究人员还筛选了能抑制Mysm1表达的药物阿司匹林并通过体内外实验验证阿司匹林的抗抑郁作用（图8）。该研究揭示了星形胶质细胞Mysm1调控抑郁的新机制，为研发新的药物治疗抑郁症及其并发症开辟了新策略。但值得注意的是，该研究未进一步研究Mysm1调节p53/AMPK轴的机制，并未探索Mysm1是否调控p53/AMPK的泛素化以及Mysm1是否存在其他调控模式。此外，Mysm1在各种星形胶质细胞亚型的表达情况和空间定位还需进一步研究。原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36414403/
军事医学研究院江小霞副研究员、朱玲玲研究员及王妍副研究员为论文的共同通讯作者，博士生张鹤扬、秦巧臻和硕士生刘水蓉、徐振华为论文的共同第一作者。该研究得到北京市自然科学基金(7202149)、国家自然科学基金(31971285, 82072104)的大力支持。团队招考正式列编文职人员1名，要求学位：生物学方向的博士，详情咨询江老师smilovjiang@163.com，具有神经生物学背景者优先。[1] YIRMIYA R, GOSHEN I, BAJAYO A, et al. Depression induces bone loss through stimulation of the sympathetic nervous system [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2006, 103(45): 16876-81.[2] ZHOU L, SHI L, GUO H, et al. MYSM-1 suppresses migration and invasion in renal carcinoma through inhibiting epithelial-mesenchymal transition [J]. Tumour Biol, 2015,[3] BAHRAMI E, WITZEL M, RACEK T, et al. Myb-like, SWIRM, and MPN domains 1 (MYSM1) deficiency: Genotoxic stress-associated bone marrow failure and developmental aberrations [J]. The Journal of allergy and clinical immunology, 2017, 140(4): 1112-9.[4] LI N, XU Y, YU T, et al. Further delineation of bone marrow failure syndrome caused by novel compound heterozygous variants of MYSM1 [J]. Gene, 2020, 757(144938.[5] PRYAZHNIKOV E, KHIROUG L. Sub-micromolar increase in [Ca(2+)](i) triggers delayed exocytosis of ATP in cultured astrocytes [J]. Glia, 2008, 56(1): 38-49.[6] BELLE J I, LANGLAIS D, PETROV J C, et al. p53 mediates loss of hematopoietic stem cell function and lymphopenia in Mysm1 deficiency [J]. Blood, 2015, 125(15): 2344-8.[7] GORU S K, GAIKWAD A B. Novel reno-protective mechanism of Aspirin involves H2AK119 monoubiquitination and Set7 in preventing type 1 diabetic nephropathy [J]. Pharmacological Reports, 2017, S1734114017304310.