阿戈美拉汀通过抑制Gαi-2-PKA-ASK1信号通路挽救脂多糖诱导的神经损伤和抑郁样行为

Agomelatine rescues lipopolysaccharide-induced neural injury and depression-like behaviors via suppression of the Gαi-2-PKA-ASK1 signaling pathway

作者信息Tian Lan, Yuhan Wu, Yulei Zhang, Shuhan Li, Zhanpeng Zhu, Liyan Wang, Xueqin Mao, Ye Li, Cuiqin Fan, Wenjing Wang, Shu Yan Yu
PMID35610704
发布时间2022-05-24
DOI10.1186/s12974-022-02479-x

实验完整度

包含行为学实验(SPT、FST、EPM、OFT)、分子生物学(Western blot、IP、qPCR)、免疫荧光、ELISA、透射电镜等多个独立证据层级,并进行机制验证(5-HT2C-Gαi-2-PKA-ASK1通路)。

主要模型

LPS诱导的抑郁大鼠模型(雄性Wistar大鼠) 原代海马神经元(DG区域)

重点核对

LPS剂量:0.5 mg/kg,腹腔注射,连续10天 阿戈美拉汀剂量:40 mg/kg,腹腔注射,在LPS前60分钟给药 大鼠品系:雄性Wistar大鼠,体重200-220 g 行为学测试时间:最后一次LPS注射后24小时 样本量:每组30只大鼠(行为学)或每组6只(分子实验)

摘要

背景:阿戈美拉汀已被证明对抑郁症的治疗有效,但其抗抑郁作用的分子机制尚未阐明。识别这些分子机制不仅将为抑郁症的基础提供新的见解,也将为开发这种疾病的新疗法奠定基础。方法:采用腹腔注射脂多糖(LPS)诱导大鼠抑郁样行为。通过免疫沉淀或免疫荧光实验验证5-HT2C报告基因与Gαi-2的相互作用。通过免疫印迹或免疫荧光实验验证炎症相关蛋白、自噬相关蛋白和凋亡标志物。最后,使用电子显微镜分析观察突触和超微结构病理。结果:本研究发现,阿戈美拉汀在脂多糖(LPS)诱导的大鼠抑郁模型中改善抑郁和焦虑的能力,与缓解这些大鼠海马齿状回(DG)区域的神经炎症、异常自噬和神经元凋亡以及促进神经发生有关。我们还发现,5-HT2C受体与海马神经元内的Gαi-2蛋白偶联,而阿戈美拉汀作为5-HT2C受体拮抗剂,可以上调Gαi-2-cAMP-PKA通路的活性。这些事件随后抑制了凋亡信号调节激酶1(ASK1)通路的激活,ASK1是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成员,参与许多疾病的病理过程。结论:综合来看,这些结果表明,阿戈美拉汀在LPS诱导的抑郁大鼠模型中,通过调节神经炎症、自噬紊乱和凋亡发挥神经保护作用,这些作用与抗抑郁行为的展现相关。这些发现为阿戈美拉汀抗抑郁作用的某些潜在机制提供了证据。

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
阿戈美拉汀通过5-HT2C受体拮抗作用及下游Gαi-2-PKA-ASK1信号通路的调控,发挥抗抑郁作用的分子机制是什么?
核心机制
阿戈美拉汀作为5-HT2C受体拮抗剂,抑制Gαi-2与5-HT2C受体偶联,上调cAMP-PKA通路,进而抑制ASK1及其下游JNK/P38信号,减轻神经炎症、异常自噬和神经元凋亡,改善抑郁样行为。
主要证据
在LPS诱导的抑郁大鼠模型中,行为学测试显示阿戈美拉汀逆转抑郁和焦虑样行为;分子实验证实阿戈美拉汀降低神经炎症因子、自噬标志物和凋亡蛋白表达,同时上调cAMP和PKA活性,抑制ASK1磷酸化。
研究意义
揭示了阿戈美拉汀抗抑郁作用的新机制,即通过5-HT2C受体-Gαi-2-PKA-ASK1通路发挥神经保护作用,为抑郁症治疗策略的开发提供基础。

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LPS诱导的抑郁大鼠模型

模拟炎症相关的抑郁样状态,为评价阿戈美拉汀的药效和作用机制提供动物模型。

雄性Wistar大鼠每天腹腔注射LPS 0.5 mg/kg,连续10天,建立抑郁模型;对照组注射等量生理盐水。

2

阿戈美拉汀治疗干预

评估阿戈美拉汀对LPS诱导的抑郁样行为及神经损伤的改善作用。

在每次LPS注射前60分钟,腹腔注射阿戈美拉汀(40 mg/kg),连续10天。

3

行为学测试评估

客观评价LPS诱导的抑郁和焦虑样行为,以及阿戈美拉汀的治疗效果。

在最后一次LPS注射后24小时,进行蔗糖偏好测试(SPT)、强迫游泳测试(FST)、高架十字迷宫(EPM)和旷场测试(OFT)。

4

分子机制验证:5-HT2C受体与Gαi-2偶联及下游通路

验证阿戈美拉汀通过拮抗5-HT2C受体影响Gαi-2偶联,并调控下游cAMP-PKA-ASK1信号通路。

通过免疫荧光共定位和免疫沉淀验证5-HT2C受体与Gαi-2的相互作用;通过ELISA检测cAMP含量;通过Western blot检测通路蛋白表达水平。

5

神经炎症评估

评估阿戈美拉汀对LPS诱导的神经炎症的影响。

通过免疫荧光检测Iba-1阳性小胶质细胞数量,通过qPCR检测促炎细胞因子(TNF-α、IFN-γ、IL-1β)mRNA水平,通过Western blot检测NF-κB蛋白水平。

6

自噬和突触超微结构分析

评估阿戈美拉汀对LPS诱导的异常自噬和突触损伤的调节作用。

通过Western blot检测自噬相关蛋白(mTOR、LC3II/I、P62、Beclin-1)表达,通过透射电镜观察自噬溶酶体和突触的超微结构并计数。

7

神经元凋亡和神经再生评估

评估阿戈美拉汀对LPS诱导的神经元凋亡和神经再生的影响。

通过qPCR检测凋亡相关基因(Bcl-2、Bax、Caspase3、Caspase9)表达,通过Western blot检测凋亡信号蛋白(p-JNK、p-p38、ERK),通过免疫荧光检测cleaved-Caspase3和DCX阳性细胞,并通过Hoechst染色和电镜观察核形态。

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
脂多糖(Escherichia coli O55:B5来源)Sigma-Aldrich--
阿戈美拉汀Aladdin--
抗LC3抗体Cell Signaling Technology12741
抗mTOR抗体Cell Signaling Technology2972
抗Beclin-1抗体Cell Signaling Technology3495
抗p62抗体Cell Signaling Technology23214
抗ERK抗体Cell Signaling Technology9102
抗磷酸化JNK抗体Cell Signaling Technology4668
抗磷酸化ASK1抗体Cell Signaling Technology3764
抗磷酸化p38抗体Cell Signaling Technology9211
抗剪切Caspase3抗体Cell Signaling Technology9661
抗双皮质素抗体Cell Signaling Technology4604
抗β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology4970
抗Gαi-2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-13534
抗NF-κB P65抗体Bioworldbs90940
抗磷酸化PKA抗体Bioworldbs4345
抗5-HT2C受体抗体Affinity BiosciencesDF3501
抗Iba-1抗体Wako Pure Chemical Inc.019-19741
Hoechst 33258SolarbioC0031
多克隆羊抗兔二抗Beijing Zhongshan Golden Bridge--
多克隆羊抗鼠二抗Beijing Zhongshan Golden Bridge--
Alexa-568羊抗兔IgG二抗Invitrogen--
Alexa-488羊抗鼠IgG二抗Abcam Plc--
膜蛋白和胞浆蛋白提取试剂盒BeyotimeP0033
BCA蛋白定量试剂盒Pierce--
蛋白A+G琼脂糖IP珠BiowoldBD0048
Trizol试剂盒Invitrogen--
逆转录酶GeneCopoeia--
mRNA qRT-PCR检测试剂盒GeneCopoeia--
Bio-Rad iCycler系统Bio-Rad--
cAMP ELISA试剂盒Enzyme-linked Biotechnology Co.--
透射电子显微镜(飞利浦 Tecnai 20 U-Twin)Philips--

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
动物模型建立
LPS剂量(0.5 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、给药时间(连续10天)、大鼠品系(雄性Wistar大鼠)、体重范围(200-220g)、饲养条件(12小时光暗循环,温度22±2℃,湿度55±5%)
阅读提示:Methods: Animals and housing conditions, Animal model of depression
药物治疗方案
阿戈美拉汀剂量(40 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、给药时间(LPS前60分钟)、溶剂(1%羟乙基纤维素溶液)
阅读提示:Methods: Drug treatments
行为学测试
测试时间(最后一次LPS注射后24小时)、测试顺序(SPT、FST、EPM、OFT)、设备参数(FST水缸高度80cm、直径30cm、水温25℃;EPM开臂尺寸50cm×10cm;OFT箱体150×150×50cm)、评估指标(SPT糖水偏好百分比、FST不动时间、EPM开臂时间及进入次数、OFT中央区域时间及总距离)
阅读提示:Methods: Behavioral tests, Sucrose preference test, Forced swimming test, Elevated plus maze test, Open field test
分子机制验证
组织取样部位(海马DG区)、蛋白提取方法(RIPA缓冲液)、免疫共沉淀抗体(抗5-HT2C和抗Gαi-2)、蛋白检测(Western blot)、cAMP检测(ELISA)、自噬和凋亡相关蛋白
阅读提示:Methods: Western blotting and immunoprecipitation, Real-time quantitative PCR, ELISA
组织学与超微结构分析
灌注固定方法(4%多聚甲醛)、切片厚度(40μm)、抗体浓度(未明确)、TEM样品制备(1mm组织块、1%锇酸固定、切片70nm)、定量分析(Image J)
阅读提示:Methods: Brain anatomy and tissue preparation, Immunofluorescent staining and confocal microscopy, Transmission electron microscopy