杏仁核星形胶质细胞初级纤毛机制参与应激行为

Amygdala astrocyte primary cilium mechanisms contribute to stress behaviours

作者信息Sara G Pelaz, Katsukuni Mitsui, Natalia Kolosowska, Haley Fritch, Chiranjivi Neupane, Vanessa H Casha, Marta Alonso-Gardón, Vijaya Pandey, Lizheng Wang, Riki Kawaguchi, James A Wohlschlegel, Jiami Guo, Steven A McCarroll, Sabina Berretta, Baljit S Khakh
PMID42557328
期刊Nature
发布时间2026-09
DOI10.1038/s41586-026-10874-0

实验完整度

高

包含小鼠CRS/WAS/SNI应激模型、星形胶质细胞特异性RNA-seq和蛋白质组学、DREADD化学遗传学、S1PR1药物干预、基因敲除及人类死后脑组织分析,兼具功能与机制验证

主要模型

C57BL/6N小鼠CRS模型 C57BL/6N小鼠WAS模型 C57BL/6N小鼠SNI模型 Aldh1l1cre/ERT2;RiboTag小鼠 人死后杏仁核组织

重点核对

应激模型:CRS为每天6小时束缚应激持续14天,WAS为每天2小时避水应激持续14天,SNI为坐骨神经分支结扎切断 DREADD激活:AAV2/5 GfaABC1D-hM4Di或hM3Dq注射至BLA,DCZ 10 μg/kg体内给药 S1PR1激动剂:ponesimod 30 mg/kg腹腔注射,每日一次 基因敲除:Arl13bf/f和Ift88f/f小鼠BLA星形胶质细胞AAV-Cre介导敲除 行为学检测:OFT、SPT、FST;样本量多为每组8-10只小鼠

摘要

理解不良生活事件如何触发应激相关行为变化仍是一个未解决的挑战。杏仁核是情绪和应激反应的重要组成部分,由星形胶质细胞、神经元和其他细胞组成。本研究表明,杏仁核星形胶质细胞通过与其初级纤毛相关的信号机制参与应激相关行为。在应激过程中,杏仁核星形胶质细胞在蛋白质和基因表达水平发生改变,显示与初级纤毛相关的分子表达减少,并且初级纤毛形态变短。G蛋白偶联受体(GPCRs)是星形胶质细胞和初级纤毛功能的核心。因此,我们推测GPCR信号激活可能对与应激相关的行为障碍有益。我们确定杏仁核星形胶质细胞GPCR是应激后反应的调节因子。化学遗传学方法和靶向天然1-磷酸鞘氨醇受体1(S1PR1)GPCR导致星形胶质细胞初级纤毛长度恢复,纠正分子改变,并改善应激相关行为。纤毛相关基因在人杏仁核星形胶质细胞中大量表达,其中许多在应激相关脑部疾病中表达紊乱。S1PR1在人组织杏仁核星形胶质细胞中也高表达。选择性基因破坏小鼠杏仁核星形胶质细胞初级纤毛改变了一些应激相关行为以及星形胶质细胞和实质细胞的基因表达。这些数据证实星形胶质细胞纤毛在该脑核团中具有重要作用。总之,杏仁核星形胶质细胞及其初级纤毛在应激期间被破坏,其恢复伴随着应激相关分子和行为的改善。因此,星形胶质细胞初级纤毛相关机制可能为应激相关和其他脑部疾病提供新的治疗策略。

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
杏仁核星形胶质细胞及其初级纤毛是否参与应激相关行为,以及GPCR信号能否通过恢复初级纤毛改善应激相关表型。
核心机制
应激导致杏仁核星形胶质细胞初级纤毛相关基因和蛋白表达下调、纤毛长度和体积减少;激活星形胶质细胞Gi-GPCR信号(包括天然S1PR1)可恢复初级纤毛长度,纠正分子改变并改善应激相关行为。
主要证据
小鼠CRS和WAS模型中,星形胶质细胞特异性RNA-seq和近膜蛋白质组学显示纤毛相关基因/蛋白下调,IHC显示初级纤毛缩短;hM4Di激活或ponesimod处理恢复纤毛长度并改善SPT和FST行为;Arl13b/Ift88敲除导致部分应激相关行为改变。
研究意义
杏仁核星形胶质细胞初级纤毛相关机制可能为应激相关和其他脑部疾病提供新的治疗策略。

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

建立应激模型并评估行为表型

验证CRS、WAS和SNI能否诱导应激相关生理和行为改变。

对C57BL/6N小鼠分别实施CRS、WAS和SNI,随后进行OFT、SPT、FST及生理指标检测。

2

星形胶质细胞特异性分子图谱分析

探究应激后杏仁核星形胶质细胞的基因和蛋白表达变化。

使用Aldh1l1cre/ERT2;RiboTag小鼠进行星形胶质细胞特异性RNA-seq,并使用LCK-BioID2进行近膜蛋白质组学分析。

3

验证星形胶质细胞初级纤毛形态变化

确定应激是否改变杏仁核星形胶质细胞初级纤毛的长度和体积。

使用ARL13B和AC3抗体进行IHC,共聚焦成像并3D重建,测量初级纤毛长度和体积。

4

化学遗传学激活星形胶质细胞GPCR

测试激活星形胶质细胞Gi或Gq GPCR能否改善应激相关表型并恢复初级纤毛。

将AAV2/5 GfaABC1D-hM4Di或hM3Dq注射至BLA,给予DCZ,进行行为学测试和纤毛形态分析。

5

靶向S1PR1的药物治疗

验证天然S1PR1激动剂ponesimod能否模拟Gi-GPCR激活的效应。

在CRS模型中给予ponesimod,评估行为学、生理指标和星形胶质细胞初级纤毛长度。

6

基因敲除初级纤毛关键基因

确定星形胶质细胞初级纤毛破坏是否足以引起应激相关行为改变。

在Arl13bf/f和Ift88f/f小鼠BLA注射AAV-Cre,进行RNA-seq和行为学测试。

7

人类杏仁核星形胶质细胞分析

评估纤毛相关基因在人类杏仁核星形胶质细胞中的表达及在精神疾病中的变化。

分析公开snRNA-seq数据和MDD/PSD患者样本,使用RNAscope检测S1PR1。

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
兔抗ARL13B抗体Proteintech17711-1-AP
大鼠抗ARL13B抗体BiCell Scientific90413
兔抗AC3抗体InvitrogenPA5-35382
兔抗S100β抗体Abcamab41548
豚鼠抗NeuN抗体Synaptic Systems266004
兔抗FOS抗体Synaptic Systems226008
鸡抗GFAP抗体Abcamab4674
兔抗SOX9抗体MilliporeAB5535
兔抗S1PR1抗体InvitrogenPA1-1040
兔抗Septin2抗体Thermo Scientific11397-1-AP
山羊抗IV型胶原蛋白抗体Novus BioNBP1-26549
生物素化WFAVector labsB-1355-2
Alexa Fluor 488山羊抗豚鼠Molecular ProbesA11073
Alexa Fluor 546山羊抗鸡Molecular ProbesA11040
Alexa Fluor 647山羊抗兔Molecular ProbesA21244
链霉亲和素Alexa Fluor 647偶联物Molecular ProbesS21374
小鼠S1PR1 RNAscope探针ACDBio426001-C2
小鼠Arl6 RNAscope探针ACDBio492301-C2
多重RNAscope v.2试剂盒ACDBio323180
多重RNAscope v.2试剂盒ACDBio323110
Opal 520荧光团Akoya BiosciencesFP1487001KT
Opal 570荧光团Akoya BiosciencesFP1488001KT
皮质酮ELISA试剂盒EnzoADI-900-097
Ponesimod----
氟西汀----
去氯氯氮平----
脂多糖----
他莫昔芬Sigma-AldrichT5648
AAV2/5 GfaABC1D-tdTomatoAddgene44332
AAV2/5 GfaABC1D-hM4Di–mCherryAddgene92286
AAV2/5 GfaABC1D-hM3Dq–mCherryAddgene92284
AAV2/5 GfaABC1D-cyto–GCaMP6fAddgene52925
AAV2/5 GfaABC1D-LCK–GFPAddgene105598
AAV2/5 GfaABC1D-LCK–BioID2-BioID2–HAAddgene176741
AAV2/5 GfaABC1D-eGFPAddgene176861
AAV2/5 GfaABC1D-Cre-4x6TAddgene196410
ProLong Glass抗淬灭封片剂InvitrogenP36984
胃蛋白酶SigmaR2283
生物素Millipore SigmaRES1052B-B7
Pierce链霉亲和素磁珠Thermo Scientific88817
RNA提取试剂盒Qiagen74034
SuperScript IV逆转录酶Invitrogen18090010
ACSA-2磁珠Miltenyi Biotec130-097-678
MS柱Miltenyi Biotec130-042-201
碎片去除液Miltenyi Biotec130-109-398

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
应激模型建立
CRS:每天6小时束缚应激,持续14天;WAS:每天2小时避水应激,持续14天;SNI:结扎并切断腓总神经和胫神经,保留腓肠神经;小鼠年龄2-5个月;光照强度约50 lux;样本量每组10-20只
阅读提示:Methods中的CRS、WAS和SNI模型小节,以及Fig. 1b,c
星形胶质细胞特异性RNA-seq
Aldh1l1cre/ERT2;RiboTag小鼠,他莫昔芬75 mg/kg连续5天,2-3周后取材;每组3-4个样本,每样本4只小鼠;RNA完整性>7.8
阅读提示:Methods中的Tamoxifen injections和Extraction of astrocytic RNA小节
DREADD化学遗传学实验
AAV2/5 GfaABC1D-hM4Di或hM3Dq注射至BLA(坐标:前囟后1.45 mm,中线旁3.20 mm,脑表面下3.75 mm);DCZ 10 μg/kg体内给药;应激后每天给药,持续4天;每组8-10只小鼠
阅读提示:Methods中的Stereotaxic microinjections of AAVs小节和Fig. 3e
Ponesimod药物治疗
ponesimod 30 mg/kg腹腔注射,每日一次,CRS前1小时给药;行为学测试当天测试前1小时给药;每组10只小鼠
阅读提示:Methods中的Ponesimod treatment小节和Fig. 4i,j
初级纤毛形态分析
抗体:rabbit anti-ARL13B (Proteintech, 17711-1-AP, 1:500),rat anti-ARL13B (BiCell Scientific, 90413, 1:500),rabbit anti-AC3 (Invitrogen, PA5-35382, 1:4000);共聚焦显微镜z步长0.5-1.0 μm;每组4只小鼠,测量8-45个星形胶质细胞
阅读提示:Methods中的IHC小节和Fig. 2h-l,o-s