黑皮质素4受体刺激可防止小鼠长期暴露于氟西汀引起的抗抑郁药相关性体重增加

Melanocortin 4 receptor stimulation prevents antidepressant-associated weight gain in mice caused by long-term fluoxetine exposure

作者信息María José Ortuño, Marc Schneeberger, Anoj Ilanges, François Marchildon, Kyle Pellegrino, Jeffrey M Friedman, Patricia Ducy
PMID34673574
发布时间2021-12-15
DOI10.1172/JCI151976

实验完整度

包含小鼠体内模型(WT、Tph2-/-、Sert-/-)和人神经元细胞系,通过iDISCO+全脑成像、免疫荧光、Western blot、qPCR等多层级验证,并结合药理学干预(Prop、Lorca、Lcn2)进行功能验证。

主要模型

野生型小鼠(C57BL/6J) Tph2基因敲除小鼠 Sert(Slc6a4)基因敲除小鼠 人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞系

重点核对

氟西汀给药途径为口服饮水,剂量20 mg/kg/天 短期(2小时/14小时/5天)与长期(6周/12周)处理时间点 食物摄入量、体重、脂肪含量(EchoMRI)测量 α-MSH水平(IHF定量)及POMC表达 STAT3和CREB磷酸化水平(Western blot)

摘要

与增加大脑血清素信号传导的预测厌食效应相反,长期使用选择性血清素再摄取抑制剂(SSRI)类抗抑郁药与体重(BW)增加相关。这种不良后果增加了转变为肥胖的风险,并干扰治疗依从性。在此,我们表明口服给予氟西汀(Flx),一种广泛处方的SSRI,在健康小鼠中通过增强食物摄入在两个不同时间点通过两种不同机制增加了体重。在数小时内,Flx通过触发5-羟色胺受体1a(Htr1a)介导的自抑制信号,降低了一部分脑干血清素能神经元的活性。在较长的治疗期后,Flx削弱了5-羟色胺受体2c(Htr2c)的表达和信号传导,降低了cAMP反应元件结合蛋白(CREB)和STAT3的磷酸化,并抑制了下丘脑神经元中前阿黑皮素原(POMC,α-黑素细胞刺激激素[α-MSH]的前体)的产生,从而增加了食物摄入。因此,通过用Flx和脂质运载蛋白2(一种通过该受体发出信号的厌食激素)共同处理小鼠,外源性刺激黑皮质素4受体(Mc4r)使进食和体重恢复正常。Flx和其他SSRI也抑制人神经元细胞系中的CREB和STAT3磷酸化,表明这些非经典效应也可能发生在长期接受SSRI治疗的个体中。通过定义长期SSRI相关性体重增加的分子基础,我们提出了一种对抗这种效应的治疗策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
长期使用SSRI类抗抑郁药导致体重增加的分子机制是什么?
核心机制
短期:Flx通过SERT阻断增强血清素,激活DRN神经元上的Htr1a自抑制,降低血清素能神经元活性,进而减少POMC神经元活性和α-MSH产生;长期:Flx下调下丘脑Htr2c表达和信号,抑制STAT3和CREB磷酸化,共同减少POMC表达和α-MSH产生,导致摄食增加。
主要证据
小鼠体内实验:Flx急性处理降低DRN中Fos+Tph2+神经元数量、ARC中POMC水平和PVN中α-MSH水平;Tph2-/-和Sert-/-小鼠中这些效应消失;药理学阻断Htr1a(Prop)或激活Htr2c(Lorca)可阻断短期效应,但对长期无效;Lcn2激活MC4R可逆转短期和长期效应。人SH-SY5Y细胞显示Flx和其他SSRI抑制p-STAT3和p-CREB。
研究意义
该研究揭示了长期SSRI导致体重增加的分子基础,并提出通过MC4R激动剂(如Lcn2或setmelanotide)作为联合治疗策略,以对抗这一副作用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立小鼠模型并评估氟西汀对体重和摄食的影响

验证口服氟西汀对小鼠体重和摄食的影响

给予WT小鼠口服氟西汀(20mg/kg/天)6周或12周,测量体重、脂肪含量、食物摄入、能量消耗等。

2

急性处理评估短期效应

测试氟西汀短期(2小时至5天)对摄食和体重的影响

给予WT小鼠氟西汀2小时、14小时或5天,测量食物摄入、体重、能量消耗、体温和脂肪含量。

3

全脑活动图谱和免疫染色确定脑区

确定氟西汀急性处理的脑内靶点

使用iDISCO+全脑成像和ClearMap分析c-Fos表达,然后用传统免疫荧光验证DRN、ARC、PVN中的神经元活动。

4

基因敲除小鼠验证机制

验证氟西汀的急性效应依赖于血清素和SERT

使用Tph2-/-和Sert-/-小鼠,检测氟西汀对DRN、POMC神经元活性和α-MSH水平的影响,以及摄食和体重变化。

5

药理学干预急性效应

确定Htr1a和Htr2c在急性效应中的作用

用Htr1a拮抗剂(Prop)或Htr2c激动剂(Lorca)与氟西汀共处理4天,测量摄食、体重和脂肪含量。

6

长期效应分析

探索长期氟西汀处理对α-MSH、Htr2c和p-STAT3的影响

对WT小鼠长期(6周)氟西汀处理,检测α-MSH水平、Htr2c表达、POMC水平和p-STAT3水平。

7

体外细胞实验验证

验证氟西汀直接作用于人神经元细胞系

分化SH-SY5Y细胞,用氟西汀或其他SSRI处理,检测POMC表达、p-STAT3和p-CREB水平。

8

MC4R激动剂干预

测试Lcn2是否能逆转氟西汀的促食欲效应

在短期(4天共处理)和长期(5周预处理后加5天共处理)方案中给予Lcn2,测量摄食、体重和脂肪含量。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
盐酸氟西汀Combi-Blocks--
普萘洛尔MilliporeSigma--
重组脂质运载蛋白2----
SH-SY5Y细胞ATCC--
DMEM/F12培养基----
胎牛血清----
B-27补充剂GibcoA3582801
谷氨酰胺补充剂Gibco35050061
全反式维甲酸Abcamab141962
Neurobasal Plus培养基GibcoA3582901
帕罗西汀MilliporeSigma--
氟伏沙明MilliporeSigma--
舍曲林MilliporeSigma--
艾司西酞普兰MilliporeSigma--
PhosphoSafe提取试剂EMDMillipore--
抗p-STAT3 (Tyr705)抗体Cell Signaling Technology9131
抗p-STAT3 (Ser727)抗体Cell Signaling Technology9134S
抗STAT3抗体Cell Signaling Technology9139
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
抗p-CREB抗体Cell Signaling Technology9198
抗CREB抗体Cell Signaling Technology9104
辣根过氧化物酶标记的抗兔IgGAbcamNA934V
辣根过氧化物酶标记的抗鼠IgGGE HealthcareNXA931
ECL蛋白质印迹试剂Advansta--
TRIzol试剂Invitrogen--
Taq SYBR Green PCR预混液Invitrogen--
CFX Connect实时定量PCR仪Bio-Rad--
兔c-Fos抗体Synaptic Systems226 003
豚鼠c-Fos抗体Synaptic Systems226 004
兔Tph2抗体NovusNB100-74555
兔POMC抗体Phoenix PharmaceuticalsH-029-30
羊α-MSH抗体MilliporeSigmaAB5087
兔NPY抗体Abcamab221145
小鼠Htr2c抗体Santa Cruz Biotechnologysc-17797
Alexa Fluor 488标记驴抗羊二抗InvitrogenA11015
Alexa Fluor 488标记驴抗兔二抗Jackson ImmunoResearch711-545-152
Alexa Fluor 488标记山羊抗豚鼠二抗InvitrogenA11073
Alexa Fluor 594标记驴抗兔二抗Jackson ImmunoResearch711-585-152
共聚焦显微镜(蔡司)Zeiss--
自动家庭笼表型分析系统TSE Systems--
六室Oxymax系统Columbus Instruments--
磁共振成像仪----
光片显微镜LaVision Biotec--
Fiji软件----
Imaris 9.1软件----
GraphPad Prism软件GraphPad Software--
CalR软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系、性别、年龄、基因型(WT、Tph2-/-、Sert-/-)
阅读提示:Methods: Animals and in vivo treatments
药物处理
氟西汀给药剂量(20 mg/kg/天)和途径(口服饮水)、处理时间(2小时、14小时、5天、6周、12周)、溶剂对照
阅读提示:Methods: Animals and in vivo treatments, Figure legends 1-5
摄食和体重测量
动物单笼或群居、适应天数、测量时间点、食物称重方式
阅读提示:Methods: Physiological measurements
能量代谢测量
设备型号(TSE Systems或Oxymax)、适应时间、测量时长、温度和湿度
阅读提示:Methods: Physiological measurements
全脑成像和免疫荧光
抗体浓度、处理时间、切片厚度、成像设备
阅读提示:Methods: iDISCO+ and IHF
细胞实验
细胞系、分化条件(ATRA浓度和天数)、SSRI浓度和处理时间、检测方法
阅读提示:Methods: Cell culturing and in vitro treatments
统计设计
样本量、统计检验方法(t检验、ANOVA等)、数据呈现形式(均值±SEM)
阅读提示:Methods: Statistics