Caspase-1通过修饰海马GABA能功能障碍影响慢性束缚应激诱导的抑郁样行为

Caspase-1 affects chronic restraint stress-induced depression-like behaviors by modifying GABAergic dysfunction in the hippocampus

作者信息Mingxing Li, Xuejiao Sun, Zongqin Wang, Yi Li
PMID37369673
发布时间2023-06-27
DOI10.1038/s41398-023-02527-x

实验完整度

包含基因敲除小鼠行为学验证、电生理记录、分子生化检测、病毒介导的基因重新表达等多个独立证据层级,并进行了功能获得与缺失验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠 慢性束缚应激(CRS)小鼠模型 Caspase-1基因敲除(Caspase-1-/-)小鼠 海马CA1区锥体神经元

重点核对

CRS处理:每天束缚2小时,持续21天 Caspase-1基因敲除小鼠及野生型对照 AAV介导caspase-1在海马CA1区的过表达 GABAARs介导的mIPSCs记录(CNQX、AP5、TTX存在下) GAD67、GABA、GABAARs γ2亚基的表达检测

摘要

重度抑郁症(MDD)是最常见的精神疾病之一,也是全球致残的主要原因之一。炎症和GABA能功能障碍均与MDD的病理生理有关。Caspase-1是一种经典的炎性caspase,可调节AMPAR介导的谷氨酸能神经传递。然而,caspase-1在慢性应激诱导的GABA能功能障碍中的作用仍 largely unknown。在本研究中,我们发现慢性束缚应激(CRS)小鼠血清和海马中的caspase-1-IL-1β水平显著升高,且caspase-1水平与抑郁样行为之间存在显著负相关。此外,CRS显著降低了GAD67 mRNA水平和GABA能神经传递,伴随GABA浓度降低、mIPSCs抑制性突触后电流的幅度和频率降低,以及海马中GABAARs γ2亚基的表面表达减少。Caspase-1的基因缺失不仅阻断了CRS诱导的抑郁样行为,还减轻了CRS诱导的GABA能神经传递损伤。最后,在Caspase-1−/−小鼠海马中重新表达caspase-1通过抑制GAD67表达和GABAARs介导的突触传递,增加了对应激诱导的焦虑和抑郁样行为的易感性。我们的研究表明,CRS通过增加海马中caspase-1介导的神经炎症水平来失调GABA能神经传递,最终导致抑郁样行为。这项工作表明,靶向caspase-1可能为MDD发病机制中应激相关的GABA能功能障碍提供潜在的治疗益处。

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
Caspase-1是否通过影响海马GABA能功能障碍参与慢性束缚应激诱导的抑郁样行为?
核心机制
CRS通过上调caspase-1-IL-1β通路,降低GAD67表达,减少GABA合成,损害GABAARs介导的突触传递,从而导致抑郁样行为。
主要证据
CRS小鼠海马caspase-1和IL-1β水平升高,GAD67 mRNA和蛋白降低,GABA浓度减少,mIPSCs幅度和频率降低,表面GABAARs γ2亚基减少;caspase-1敲除逆转这些改变,而海马中重新表达caspase-1则增加应激易感性并损害GABA能传递。
研究意义
该研究提示caspase-1可作为应激相关GABA能功能障碍和MDD的潜在治疗靶点。

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

慢性束缚应激模型建立及抑郁样行为评估

建立CRS小鼠模型并确认抑郁样行为表型。

对C57BL/6J小鼠进行为期21天的CRS处理,通过糖水偏好实验、悬尾实验和强迫游泳实验评估抑郁样行为。

2

检测CRS对caspase-1和IL-1β表达的影响

验证CRS是否上调海马和血清中的caspase-1-IL-1β通路。

通过ELISA检测血清corticosterone、caspase-1和IL-1β水平,通过qPCR和Western blot检测海马中caspase-1和IL-1β表达,并进行相关性分析。

3

评估CRS对海马GABA能神经传递的影响

验证CRS是否导致海马GABA能功能障碍。

检测GAD65、GAD67和VGAT mRNA水平,GAD67蛋白表达,GABA浓度,以及GABAARs介导的mIPSCs和表面GABAARs γ2亚基表达。

4

caspase-1基因敲除对CRS诱导的抑郁样行为和GABA能功能障碍的影响

验证caspase-1缺失是否阻断CRS的有害效应。

对WT和Caspase-1-/-小鼠进行CRS处理,随后进行行为学测试、检测GAD67、GABA、mIPSCs和表面GABAARs γ2表达。

5

重新表达caspase-1对Caspase-1-/-小鼠应激易感性和GABA能功能的影响

验证海马中caspase-1过表达是否足以引发应激诱导的焦虑和抑郁样行为及GABA能功能障碍。

通过立体定位注射AAV-Casp1或AAV-GFP至Caspase-1-/-小鼠海马CA1区,经亚阈值可变应激后,进行行为学检测、GAD67、GABA、mIPSCs和表面GABAARs γ2检测。

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
C57BL/6J小鼠Beijing Vitalriver Laboratory Animal Corp. Ltd--
Caspase-1基因敲除小鼠Jackson Laboratories--
AP-5Sigma-Aldrich--
CNQXSigma-Aldrich--
L-抗坏血酸钠Sigma-Aldrich--
二甲基亚砜Sigma-Aldrich--
2×Taq PCR反应预混液TIANGEN BiotechKT201
皮质酮ELISA试剂盒ElabscienceE-OSEL-M0001
Caspase-1 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0201c
IL-1β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0037c
GABA ELISA试剂盒ElabscienceE-BC-K852-M
RevertAid第一链cDNA合成试剂盒ThermoFisher ScientificK1622
LightCycler 96实时荧光定量PCR仪Roche--
FastStart Essential DNA Green Master混合液Roche--
β-actin抗体absinabs137975
GAD67抗体Merk MilliporeMAB5406
Caspase-1抗体Merk Millipore06-503-I
GABAARs γ2抗体Biossbs-4112R
GAPDH抗体absinabs132004
parvalbumin抗体Biossbs-1299R
增强化学发光底物Pierce Chemical Co.--
G:BOX Chemi XRQ凝胶成像系统Syngene--
sulfo-NHS-LC-生物素Thermo Scientific21335
琼脂糖树脂Thermo Scientific29201
Multiclamp 700B放大器Molecular Devices--
Digidata 1322A数模转换器Molecular Devices--
编码caspase-1或GFP的重组腺相关病毒载体BrainVTA--
Nikon显微镜Nikon--
PANNORAMIC MIDI全玻片扫描仪3D HISTECH--
立体定位注射器Ruiwode Life Science--

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
慢性束缚应激模型
束缚应激时间:2小时/天,持续21天;小鼠品系和性别:C57BL/6J雄性,8-10周龄;对照组处理
阅读提示:Methods: Stress procedures
行为学测试
SPT、TST、FST的具体参数:如糖水浓度、测试时间、水温等;观察者盲法
阅读提示:Methods: Sucrose preference test, Tail suspension test, Forced swim test
电生理记录
脑片制备条件:切片厚度、人工脑脊液成分;记录电极内液成分;药物浓度:CNQX 10μM, AP5 50μM, TTX 1μM;钳制电压-70mV
阅读提示:Methods: Whole-cell patch-clamp recordings
病毒注射
病毒类型和滴度:AAV-Casp1/GFP,3.4×10^12 GC/ml;注射体积1.5μl;注射坐标:AP=-2.0mm, ML=±1.2mm, DV=-2.0mm;实验时间点:注射后3周
阅读提示:Methods: Plasmid construction and stereotaxic delivery