解偶联蛋白-1 以温度依赖性方式调节焦虑样行为

Uncoupling Protein-1 Modulates Anxiety-Like Behavior in a Temperature-Dependent Manner.

作者信息Spyridon Sideromenos, Anna Gundacker, Maria Nikou, Raimund Oberle, Orsolya Horvath, Peter Stoehrmann, Timo Partonen, Daniela D Pollak
PMID36194650
发布时间2022-10-05
DOI10.1523/JNEUROSCI.2509-21.2022

实验完整度

包含UCP-1 KO小鼠模型、行为学测试、FGF-21过表达与抑制、iBAT切除手术及基因表达分析等多个独立证据层级,并进行功能验证。

主要模型

UCP-1敲除(KO)小鼠 野生型(WT)对照小鼠 C57BL/6N小鼠(用于FGF-21过表达实验)

重点核对

实验温度条件:23°C(产热)与29°C(热中性) UCP-1基因型:KO与WT FGF-21过表达:AAV-FGF-21尾静脉注射,剂量1×10^10 vgc FGF-21抑制:抗FGF-21多克隆抗体腹腔注射,剂量250 µg/kg iBAT手术:iBAT切除与假手术

摘要

代谢性疾病与精神疾病之间存在强烈的双向联系;然而,这种相互作用的分子基础仍未明确。在此,我们探讨了棕色脂肪组织(BAT)作为调节界面的作用,重点关注解偶联蛋白 1(UCP-1)——一种在 BAT 中高表达的关键代谢调节因子——在情绪行为控制中的作用。使用雄性和雌性组成性 UCP-1 敲除(KO)小鼠,研究在轻度产热(23°C)和热中性(29°C)条件下 UCP-1 缺乏对焦虑相关和抑郁相关行为的影响。UCP-1 KO 小鼠仅在产热条件下表现出焦虑相关行为的增强,而在热中性条件下则无此现象。UCP-1 KO 小鼠的神经和内分泌应激介质未受影响,但其表现出整合应激反应的激活以及成纤维细胞生长因子-21(FGF-21)水平的升高。然而,病毒介导的 FGF-21 过表达并未模拟 UCP-1 KO 小鼠的行为改变,而阻断 FGF-21 活性也未能挽救 UCP-1 KO 小鼠的焦虑样表型。在 UCP-1 KO 或 WT 小鼠中,手术切除肩胛间 BAT 对焦虑样行为或 FGF-21 水平均无影响。我们提供了证据,表明 UCP-1 在情绪调节中发挥新的作用,表现为对焦虑相关行为的抑制性约束,且仅在产热条件下出现。我们提出,UCP-1 的这种功能独立于其在 BAT 中的活性,可能通过 UCP-1 在脑中能量和情绪控制汇聚区域的中枢作用介导。

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
UCP-1是否在代谢与情绪障碍的关联中起中介作用,以及其作用是否依赖于BAT?
核心机制
UCP-1通过其在脑内(如下丘脑腹内侧核和杏仁核)的表达,抑制焦虑相关行为,且仅存在于产热条件下;该功能不依赖于BAT中的UCP-1活性。
主要证据
UCP-1 KO小鼠在23°C下表现出焦虑样行为增强(LD-BOX、NSF、EPM、情境恐惧),但在29°C下无差异;FGF-21过表达或抑制不影响行为;iBAT切除不改变行为表型。
研究意义
揭示UCP-1作为代谢与焦虑障碍之间分子联系的新作用,可能为代谢和精神疾病的治疗提供新见解。

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

UCP-1 KO小鼠行为表型评估

评估UCP-1缺失对焦虑和抑郁相关行为的影响

在23°C和29°C下,对UCP-1 KO和WT小鼠进行LD-BOX、NSF、EPM、FST、OFT、RR和情境恐惧测试。

2

神经和内分泌应激介质检测

检测UCP-1缺失是否影响交感神经和HPA轴功能

测量血清去甲肾上腺素、肾上腺素、昼夜节律和应激诱导的皮质酮水平。

3

整合应激反应和FGF-21表达分析

检查UCP-1缺失是否激活ISR并影响FGF-21水平

通过qRT-PCR检测BAT中ATF-4、CHOP-10和FGF-21的表达,并通过ELISA检测血清FGF-21水平。

4

FGF-21过表达实验

测试增加外周FGF-21水平是否足以模拟UCP-1 KO的行为表型

向WT C57BL/6N小鼠尾静脉注射AAV-FGF-21或空AAV,随后进行行为测试。

5

FGF-21抑制实验

测试FGF-21活性是否为UCP-1 KO小鼠焦虑表型所需

对UCP-1 KO小鼠腹腔注射抗FGF-21抗体或IgG对照,评估情境恐惧。

6

iBAT切除手术

测试BAT分泌的因子或神经传入是否参与UCP-1 KO的行为表型

对UCP-1 KO和WT小鼠进行iBAT切除术或假手术,4周后进行行为测试和FGF-21测量。

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
HPP750life环境舱Memmert--
DNA提取试剂盒BioCat--
VIDEOTRACK视频追踪系统Viewpoint--
活动监测系统Med AssociatesSOF 811
VideoTrack视频追踪软件Viewpoint--
视频条件化系统Med Associates--
Video Freeze软件Med Associates--
异氟烷AbbVie--
皮质酮酶免疫测定试剂盒Enzo Life SciencesADI-900-097
FGF-21酶免疫测定试剂盒R&D SystemsMF2100
抗FGF-21多克隆抗体Immunodiagnostics12180
IgGAbcamab18469
miRNeasy迷你试剂盒Qiagen74104
DNA去除试剂盒Thermo Fisher ScientificAM1906
NanoPhotometer 7122分光光度计IMPLEN--
RevertAid第一链cDNA合成试剂盒Thermo Fisher ScientificK1621
Go-Taq qPCR预混液2×PromegaA6002
CFX Connect PCR仪BIO-RAD--
磷酸盐缓冲液Thermo Fisher Scientific--

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
行为学实验
温度条件(23°C或29°C)、基因型、性别、样本量、光照强度、测试时长
阅读提示:Materials and Methods: Behavioral experiments; Figure 1和2图注
FGF-21过表达
病毒剂量(1×10^10 vgc)、注射途径(尾静脉)、注射体积(200 µl)、小鼠品系(C57BL/6N)、行为测试时间点
阅读提示:Materials and Methods: FGF-21 overexpression; Extended Data Figure 4-1和4-2
FGF-21抑制
抗体剂量(250 µg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(行为测试前6小时)、对照抗体(IgG)
阅读提示:Materials and Methods: FGF-21 inhibition; Figure 4I
iBAT切除
手术类型(iBAT切除或假手术)、恢复时间(4周)、麻醉方法
阅读提示:Materials and Methods: Surgical removal of brown adipose tissue; Figure 5和图5-1
基因表达分析
组织来源、RNA提取试剂盒、逆转录试剂盒、qPCR预混液、内参基因(脑组织β-Actin,脂肪36B4)
阅读提示:Materials and Methods: Gene expression analysis; Extended Data Figure 3-1