小鼠模型在揭示焦慮癥發(fā)生的新機制和治療新靶點研究中的應用
焦慮癥是常見的精神疾病之一。根據(jù)大規(guī)模的人口調查，高達33.7%的人在一生中遭受過焦慮癥的折磨。炎癥是應激性焦慮癥的重要機制之一，細胞因子干預或抗炎藥物治療均可以改善嚙齒動物的焦慮樣行為。鈉鉀ATP酶（Na+/K+-ATPase, NKA）對于維持細胞體積及神經元靜息膜電位十分重要。近期的研究表明，NKA參與巨噬細胞的炎癥反應，而我們實驗室前期的研究發(fā)現(xiàn)，增強神經元NKAα1的膜穩(wěn)定性可干預帕金森病的進展。小膠質細胞是大腦中的主要免疫細胞，在神經炎癥、免疫監(jiān)視和維持大腦穩(wěn)態(tài)中起著核心作用。因此，我們推測，小膠質細胞的NKAα1表達可能與炎癥相關的焦慮癥有關，而針對小膠質細胞的抗炎治療可能是臨床治療焦慮癥的有效策略之一。
2024年2月22日，南方科技大學醫(yī)學院藥理學系卞勁松教授團隊（南方科技大學醫(yī)學院博士研究生黃松強為論文的第一作者，深圳人民醫(yī)學院聶曉偉副研究員和藥理系主任卞勁松教授為論文的通訊作者），在免疫學領域期刊Immunity以Original Article的形式在線發(fā)表題為“Disruption of the Na+/K+-ATPase-purinergic P2X7 receptor complex in microglia promotes stress-induced anxiety”的研究論文，揭示了Na+/K+-ATP酶（又稱鈉鉀泵, NKA）抗炎的新功能。
研究材料
在這項研究中，研究人員構建了小膠質細胞NKAα1特異性敲除小鼠和神經元NKAα1特異性敲除小鼠（其中用來構建特異性敲除的NKAα1fl/fl小鼠由賽業(yè)生物提供）。
研究方法
本研究采用多種實驗技術手段，包括轉錄組RNA測序、原位雜交實驗、免疫共沉淀、Western blots、RT-qPCR、免疫熒光、原代細胞培養(yǎng)、表面等離子體共振等實驗。發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定小膠質細胞胞膜上的NKA很可能成為治療應激性焦慮癥的新策略。
技術路線
01 構建NKAα1特異性敲除小鼠的焦慮癥動物模型
02 行為學檢測
03 生化實驗檢測炎癥
04 探究神經炎癥的機制
05 單克隆抗體的治療
研究結果
通過曠場及十字高架迷宮等多種行為學實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)NKAα1全身敲低小鼠在束縛應激（CRS）和足底電擊模型中焦慮樣表型明顯嚴重。通過構建小膠質細胞NKAα1特異性敲除小鼠（其中NKAα1fl/fl小鼠由賽業(yè)生物提供），研究人員通過曠場實驗發(fā)現(xiàn)，與NT組相比，CRS顯著降低小鼠進入中央?yún)^(qū)域次數(shù)和中央?yún)^(qū)域時間，且在CRS-NKAα1MGKO組呈現(xiàn)進一步降低（圖1 A和B）。在高架十字迷宮實驗中，與NT組相比，CRS顯著降低小鼠進入開放臂的次數(shù)和開放臂時間，且在CRS-NKAα1MGKO組進一步降低（圖1 C和D）。結果表明，條件性敲除小膠質細胞NKAα1加重了CRS誘導的小鼠焦慮樣行為。
圖1 條件性敲除小膠質細胞NKAα1加重CRS誘導的焦慮樣行為[1]
通過一系列的實驗檢測了vHIP中神經炎癥，發(fā)現(xiàn)小膠質細胞的進一步激活導致了神經元的超興奮性，從而導致焦慮癥表型的加重。這些結果提示vHIP中的小膠質細胞上的NKAα1對焦慮產生了重要影響。
為了探究NKAα1介導神經炎癥的機制，通過原位雜交實驗、免疫共沉淀技術及離體培養(yǎng)的原代神經元、星形膠質細胞、小膠質細胞，研究人員發(fā)現(xiàn)NKAα1和一種嘌呤能受體P2X7R存在相互作用。使用表面等離子共振技術（SPR），研究人員確認了NKAα1-P2X7R復合體的存在。通過這一復合體，NKAα1有效地減少了P2X7R介導的K+外排，抵抗了小膠質細胞的活化。但是在應激狀態(tài)下，NKAα1在細胞膜的膜表達丟失，促進了游離狀態(tài)P2X7R介導的K+外排，加重炎癥因子IL-1β的釋放。
研究結論
這項研究（圖2）揭示了NKAα1在應激誘導的小鼠焦慮樣行為中的重要作用。研究人員的數(shù)據(jù)表明，NKAα1是由慢性應激介導的小膠質細胞炎癥激活的上游調節(jié)劑，NKAα1缺乏通過減少NKAα1-P2X7R復合體的形成加重炎癥進程，從而增強了P2X7R轉運K+的效率�？傊�，這項研究揭示了應激性焦慮癥的新機制，也為治療包括焦慮癥在內的炎癥相關疾病提供了一個有前途的干預靶點。
此外，這項研究不僅揭示了非神經元腦細胞如何在健康和病理狀態(tài)下協(xié)調神經元的功能，為焦慮癥的治療提供了一個潛在的新靶點，同時也為應激性精神疾病的臨床診治提供了寶貴的新方向。基于以上重要發(fā)現(xiàn)，Immunity雜志專門同刊配發(fā)preview，認為此項研究成果在理解應激所致焦慮癥的發(fā)生機制上，特別是小膠質細胞如何參與精神疾病的發(fā)生，有著非常重要的學術貢獻并提供了概念上的突破。
圖2 應激導致NKAα1膜表達的降低使小膠質細胞激活并釋放IL-1β從而加重焦慮癥[1]
參考文獻：
[1]Huang, Songqiang et al. “Disruption of the Na+/K+-ATPase-purinergic P2X7 receptor complex in microglia promotes stress-induced anxiety.” Immunity vol. 57,3 (2024): 495-512.e11. doi:10.1016/j.immuni.2024.01.018
