在皮质酮诱导的小鼠抑郁模型中,过度活跃的神经元自噬耗竭BDNF并损害成年海马神经发生

Hyperactive neuronal autophagy depletes BDNF and impairs adult hippocampal neurogenesis in a corticosterone-induced mouse model of depression.

作者信息Kuo Zhang, Fan Wang, Mengying Zhai, Meiyao He, Yuxuan Hu, Lijin Feng, Yuting Li, Jingyu Yang, Chunfu Wu
PMID36793868
发布时间2023-01-22
DOI10.7150/thno.81067

实验完整度

包含慢性CORT小鼠模型、行为学测试、免疫荧光、Western blot、电子显微镜、AAV介导的基因敲低等多层级验证,并明确验证了功能(自噬、BDNF、神经发生)和机制(ATG5、溶酶体降解)。

主要模型

C57BL/6J小鼠慢性CORT诱导抑郁模型 海马DG神经干细胞(NSCs)及神经发生谱系 DG神经元(自噬及BDNF分析)

重点核对

CORT处理浓度及时间:0.1 mg/mL饮水,持续8周 Atg5敲低方式:AAV-hSyn-miR30-shRNA(Atg5)立体定位注射DG 自噬流检测:AAV-mCherry-GFP-LC3立体定位注射及荧光定量 神经发生检测:BrdU标记及免疫荧光共标记 行为学测试:TST、FST、NOR等

摘要

背景:抑郁症是一种严重威胁人类健康的精神障碍。成年海马神经发生(AHN)与抗抑郁药的疗效密切相关。慢性皮质酮(CORT)治疗是一种经过充分验证的药理学应激源,可在实验动物中诱导抑郁样行为并抑制AHN。然而,慢性CORT作用的可能机制仍不清楚。方法:采用慢性CORT治疗(0.1 mg/mL,饮水4周)制备小鼠抑郁模型。免疫荧光分析海马神经发生谱系,免疫印迹、免疫荧光、电子显微镜和表达pH敏感串联标签LC3蛋白的腺相关病毒(AAV)用于分析神经元自噬。使用AAV-hSyn-miR30-shRNA敲低神经元中自噬相关基因5(Atg5)的表达。结果:慢性CORT诱导小鼠抑郁样行为,并降低海马齿状回(DG)中神经元脑源性神经营养因子(BDNF)的表达。此外,它显著减少神经干细胞(NSCs)、神经祖细胞和成神经细胞的增殖,并损害DG中新生的未成熟和成熟神经元的存活和迁移,这可能归因于细胞周期动力学的改变和诱导NSCs凋亡。此外,慢性CORT诱导DG中过度活跃的神经元自噬,可能通过增加ATG5表达和导致神经元中BDNF的过度溶酶体降解。值得注意的是,通过RNA干扰敲低神经元中的Atg5来抑制DG中过度活跃的神经元自噬,可逆转神经元BDNF表达的降低,挽救AHN,并产生抗抑郁作用。结论:我们的研究结果揭示了一种依赖于神经元自噬的机制,将慢性CORT与小鼠神经元BDNF水平降低、AHN抑制和抑郁样行为联系起来。此外,我们的结果为通过靶向海马DG中的神经元自噬来治疗抑郁症提供了见解。

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
慢性皮质酮如何通过影响神经元自噬和BDNF水平来抑制成年海马神经发生并诱导抑郁样行为?
核心机制
慢性CORT通过增加ATG5表达诱导DG神经元过度活跃的自噬,导致神经元BDNF的过度溶酶体降解,从而降低神经元BDNF水平,抑制AHN并诱导抑郁样行为。
主要证据
慢性CORT小鼠模型显示DG神经元自噬增强(LC3II、ATG5升高,p62降低,自噬流增加),BDNF蛋白和mRNA降低;敲低Atg5抑制神经元自噬后,BDNF水平恢复,AHN改善,抑郁样行为逆转。
研究意义
首次揭示CORT通过神经元自噬依赖性机制降低BDNF、抑制AHN并诱导抑郁样行为,为靶向海马DG神经元自噬治疗抑郁症提供策略。

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

建立慢性CORT抑郁模型并验证行为表型

确认慢性CORT处理能够诱导小鼠抑郁样行为和认知缺陷。

成年雄性C57BL/6J小鼠通过饮水给予CORT(0.1 mg/mL,含1%乙醇)8周,对照组仅给予1%乙醇。期间及结束后进行体重测量,并进行TST、FST、EPM、OFT和NOR等行为学测试。

2

评估AHN谱系细胞增殖与存活

检测CORT对NSCs、NPCs和成神经细胞数量及增殖的影响。

通过免疫荧光共标记Nestin、Tbr2、DCX和MCM2来识别NSCs、NPCs、成神经细胞和增殖细胞。在CORT处理8周后,分析DG中各类细胞的数量和增殖比例。

3

分析细胞周期动力学和NSC凋亡

探究CORT对NSCs细胞周期退出和再进入以及凋亡的影响。

通过BrdU和Ki67双标记分析细胞周期退出与再进入。CORT处理8周后腹腔注射BrdU(150 mg/kg),22小时后取样。同时检测cleaved-caspase 3在NSCs中的表达。

4

评估新生神经元存活和迁移

检测CORT对新生未成熟和成熟神经元存活及迁移的影响。

CORT处理4周后,连续7天腹腔注射BrdU(75 mg/kg/天),8周后取材,通过免疫荧光共标记BrdU、DCX和NeuN分析新生神经元,并计算迁移指数。

5

检测神经元自噬活性和BDNF降解

明确CORT是否诱导DG神经元过度自噬并促进BDNF溶酶体降解。

通过Western blot检测自噬相关蛋白(LC3II、p62、Atg5、ULK1),免疫荧光观察LC3与NeuN共定位,电子显微镜观察自噬体/自溶酶体,注射AAV-mCherry-GFP-LC3检测自噬流,并用LAMP2标记溶酶体评估BDNF降解。

6

敲低Atg5验证神经元自噬的作用

通过抑制神经元自噬,验证其在BDNF降低、AHN损害和抑郁样行为中的作用。

DG立体定位注射AAV-hSyn-miR30-shRNA(Atg5)或对照(scramble),在CORT处理期间进行。检测自噬水平、BDNF表达、AHN各阶段细胞数量及行为学变化。

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
皮质酮Tokyo Chemical Industry--
EthoVision XT 8.0Noldus--
立体定位仪RWD Life Science--
微量注射器Hamilton--
微量注射泵KD Scientific--
AAV-CMV-mCherry-EGFP-LC3HanBio Biotechnology--
AAV-hSyn-miR30-shRNA (Atg5)HanBio Biotechnology--
AAV-hSyn-miR30-shRNA (scramble)HanBio Biotechnology--
DAPIBeyotime BiotechnologyC1006
鸡抗GFAP抗体Abcamab4674
兔抗SOX2抗体Abcamab97959
兔抗DCX抗体Abcamab207175
兔抗Tbr2抗体Abcamab223345
小鼠抗MCM2抗体BDBM28
大鼠抗BrdU抗体Abcamab6326
兔抗BDNF抗体Abcamab213323
大鼠抗LAMP2抗体Abcamab13524
兔抗cleaved caspase-3抗体Cell Signaling9664T
小鼠抗NeuN抗体MilliporeMAB377
山羊抗鸡Alexa Fluor 647二抗Abcamab150171
驴抗兔Alexa Fluor 555二抗Abcamab150074
驴抗大鼠Alexa Fluor 488二抗Abcamab150149
驴抗小鼠Alexa Fluor 488二抗Abcamab150105
驴抗小鼠Alexa Fluor 647二抗Abcamab150107
RIPA裂解液BeyotimeP0013b
蛋白酶抑制剂Solarbio--
磷酸酶抑制剂SolarbioP1260
5× SDS上样缓冲液SolarbioP1040
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012
聚偏二氟乙烯膜MilliporeIPVH00010
脱脂奶粉BD Biosciences--
抗LC3抗体MBLPM036
抗SQSTM1/p62抗体Abcamab56416
抗Atg5抗体Abcamab108327
抗ULK1抗体Cell Signaling8054
抗BDNF抗体Abcamab108319
抗β-actin抗体ElabscienceE-AB-40338
增强化学发光试剂盒NCM BiotechP10300
TRIzol试剂Invitrogen15596026
PrimeScript™ RT试剂盒(含gDNA Eraser)TakaraRR047A
TB Green® Premix Ex Taq™ IITakaraRR820A
Bdnf引物Sangon Biotech--
β-actin引物Sangon Biotech--
共聚焦显微镜NikonY-TV55
ImageJNational Institutes of Health--
SPSS 21.0IBM--

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
CORT模型建立
CORT浓度、溶剂、暴露时间;动物品系、性别、周龄
阅读提示:Methods: Protocol to establish CORT-induced depression; Animals
行为学测试
测试时间点、具体参数(如TST/FST持续时间、EPM/OFT旷场尺寸等)
阅读提示:Methods: Behavioral tests; Figure 1 legends
AHN细胞分析
标记物(Nestin, Tbr2, DCX, MCM2等)、BrdU剂量及注射时间、取材时间
阅读提示:Methods: Experimental design; Figure 2-4 legends
细胞周期分析
BrdU剂量、注射后间隔、Ki67标记
阅读提示:Methods: Experimental design; Figure 3 legends
自噬检测
Western blot抗体及稀释度;AAV-mCherry-GFP-LC3注射量、坐标;电子显微镜固定方法
阅读提示:Methods: Western blot, Immunofluorescence, Electron microscopy, Stereotactic surgery; Figure 5 legends
Atg5敲低实验
AAV-shRNA注射时间、剂量、坐标;验证敲低效率的方法
阅读提示:Methods: Stereotactic surgery; Experimental design for evaluating Atg5 knockdown; Figure 7 legends