抑郁癥前額葉皮層GABA能神經(jīng)元功能失調(diào)分子機制研究
本文選題:抑郁癥 切入點:前額葉 出處:《青島大學(xué)》2017年博士論文 論文類型:學(xué)位論文
【摘要】:抑郁癥(Depression)是一種危害人類身心健康常見、慢性易復(fù)發(fā)的情感性精神障礙(Affective disorder)。抑郁癥發(fā)作的典型癥狀包括:長久的持續(xù)的情緒低落、精神萎靡、快感缺失、認知功能障礙、睡眠紊亂、回避社交場合和社交活動等,且常并發(fā)其它神經(jīng)性疾病和慢性生理疾病,比如焦慮、帕金森氏癥、多發(fā)性硬化癥、銀屑病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、心血管疾病等。抑郁癥產(chǎn)生原因比較復(fù)雜,社會學(xué)因素、生物學(xué)因素、心理學(xué)因素等都將不同程度的影響抑郁癥的發(fā)作、進程、治療及預(yù)后。其發(fā)病的危險因素主要有性別、年齡、種族、婚姻、社會經(jīng)濟狀況和文化程度、遺傳、生活事件和應(yīng)激等。抑郁癥病因尚不明確,因此抑郁癥的發(fā)病機制也存在著多種病理生理假說。但是目前主要圍繞單胺類遞質(zhì)分泌減少及其突觸傳遞效能減弱,下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸的功能失調(diào),應(yīng)激環(huán)境與遺傳因素相互作用,抑制和興奮性突觸傳遞和突觸可塑性異常,以及大腦皮層和邊緣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能環(huán)路異常等理論探討抑郁癥的病因機制。針對復(fù)雜的致病機制,目前抑郁癥的治療方法主要包括:(1)抗抑郁藥物(Antidepressant drugs):三環(huán)類抗抑郁藥(TCAs),單胺氧化酶抑制劑(MAOI),選擇性5-羥色胺重攝取抑制劑(Selective serotonin reuptake inhibitor,SSRI),選擇性5-羥色胺及去甲腎上腺素重攝取抑制劑(Selective serotonin and norepinephrine reuptake inhibitors,SNRI)。(2)心理治療(Psychotherapy):目前采取心理治療常見的方式是認知行為療法。(3)電痙攣療法:患者全身麻醉的情況下,通過兩個電極(通常位于患者的兩顳)短期使電流脈沖穿過抑郁患者大腦,為此引發(fā)一次全身性的痙攣。(4)快速抗抑郁藥物。目前關(guān)于應(yīng)激環(huán)境與遺傳因素相互作用導(dǎo)致大腦皮層和邊緣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能異常誘發(fā)抑郁癥發(fā)作的理論得到廣泛認可。神經(jīng)解剖學(xué)研究表明抑郁癥患者與調(diào)節(jié)情緒,獎勵和執(zhí)行功能相關(guān)的腦區(qū)及環(huán)路發(fā)生功能結(jié)構(gòu)異常。這些高度互連的“邊緣”區(qū)域不正常化被認為與抑郁癥和抗抑郁作用有關(guān)。大量尸檢和神經(jīng)影像學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),抑郁癥患者存在灰質(zhì)體積減少和前額葉皮層及海馬的神經(jīng)膠質(zhì)密度的降低,而這些腦區(qū)被認為介導(dǎo)抑郁癥的認知方面,如無價值感和內(nèi)疚情緒。前額葉皮層與認知處理、學(xué)習(xí)記憶及情緒處理相關(guān)的腦區(qū)存在著廣泛的投射與連接,眾多的研究者開始注意到前額葉皮層在情感認知及處理的過程中發(fā)揮著重要的作用。Micro RNAs(mi RNAs)是一類新近發(fā)現(xiàn)的約有22個核苷酸構(gòu)成的內(nèi)源性非編碼小RNA,常在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達。作為表觀遺傳學(xué)調(diào)控的重要部分,最近研究表明,大量mi RNAs在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不同腦區(qū)特異性的表達或富集,而抑郁癥患者相關(guān)腦區(qū)的高級神經(jīng)功能出現(xiàn)紊亂,并且這種功能的失調(diào)隨后導(dǎo)致腦區(qū)中mi RNAs表達量發(fā)生變化。mi RNAs可通過調(diào)控神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)發(fā)育、突觸可塑性及神經(jīng)影響因子等生理過程參與抑郁癥的病理生理學(xué)過程。本課題探究特定腦區(qū)前額葉皮層mi RNAs表達譜及轉(zhuǎn)錄組水平在抑郁癥病理生理學(xué)中發(fā)生的變化,構(gòu)建微妙、復(fù)雜和相互關(guān)聯(lián)的基因表達調(diào)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫,通過建立慢性不可預(yù)知(Chronic unpredicted mild stress,CUMS)抑郁行為模型,運用二代測序、生物信息學(xué)分析、q RT-PCR、蛋白質(zhì)免疫印跡、雙熒光素酶報告和抑郁行為學(xué)檢測等方法,從分子-突觸-細胞-組織多維度進行研究。為揭示前額葉皮層在應(yīng)激誘導(dǎo)抑郁癥發(fā)病中的分子及表觀遺傳機制,我們首先利用高通量測序技術(shù)檢測了慢性應(yīng)激抑郁樣行為小鼠前額葉中轉(zhuǎn)錄組和mi RNAs表達譜的變化。通過生物信息學(xué)分析及后續(xù)實驗驗證得到以下結(jié)果:1)經(jīng)過慢性不可預(yù)知溫和刺激(Chronic unpredicted wild stress,CUMS)處理小鼠三周后,行為學(xué)結(jié)果顯示與對照組相比,抑郁樣行為組小鼠糖水偏好值,M臂中停留時間與總臂中停留時間的比率顯著降低(P0.05),而強迫游泳中不動時間明顯增加(P0.01)。2)小鼠前額葉m RNA高通量測序結(jié)果表明:CUMS誘導(dǎo)的抑郁樣行為中40 m RNA顯著下調(diào)(Slc6a11、Hap1、Gad1、Gad2、Gng4、Slc32a1、Doc2g、Slc32a1、Magel2、Prkcd、Ngfr、Dusp1、Th、Itih3、Cacna2d2、Arc、Mbp、Peg10、Fos等),10個m RNA顯著上調(diào)(Hba-a2、Beta-s、Hba-a1、Hbb-b1、Nr1d1、Flot2等);3)差異表達基因信號通路富集分析顯示GABA能通路,多巴胺能,突觸小泡循環(huán),安非他明/嗎啡成癮,神經(jīng)營養(yǎng)因子信號,MAPK信號及趨化因子-細胞因子受體信號傳導(dǎo)等參與了慢性應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁病理生理學(xué)過程。4)小RNA高通量測序分析表明,18個mi RNA(mi R-148b-5p、mi R-879-5p、mi R-144-3p、mi R-540-5p、mi R-582-5p、mi R-15b-5p等)在抑郁樣行為組表達量顯著升高。4個顯著降低的mi RNA是mi R-384-5p、mi R-1264-3p、mi R-217-5p、mi R-490-5p。此外檢測到7個新型mi RNA(novel-mir-46、novel-mir-214、novel-mir-213、novel-mir-10、novel-mir-39、novel-mir-128、novel-mir-54)。其中novel-mir-46的表達量在抑郁樣行為組中明顯高于對照組,novel-mir-214和novel-mir-213僅在抑郁樣行為組中表達,而novel-mir-10、novel-mir-39、novel-mir-128及novel-mir-54僅在對照組中表達。5)通過三個靶基因預(yù)測數(shù)據(jù)庫(Targetscan、RNA22和mi RDB)對差異表達的mi RNA進行靶基因預(yù)測,選擇同被2個以上(包括兩個數(shù)據(jù)庫)數(shù)據(jù)庫預(yù)測的靶基因,進一步與已經(jīng)構(gòu)建的差異基因進行重疊,繪制了抑郁樣行為小鼠前額葉mi RNA/m RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖。6)為了進一步驗證RNA測序數(shù)據(jù)的準確性,我們選擇了5個m RNA,其中包括兩個顯著升高的m RNA(Hbb-b1和Nr1d1),3個顯著下降的m RNA(Gad1、Mbp和Slc6a11)及4個上升的mi RNA(mi R-879-5p、mi R-582-5p、mi R-144-3p、mi R-15b-5p)在對照(n=8)和抑郁樣行為小鼠(n=8)前額葉進行q RT-PCR定量分析。這些差異表達的基因或mi RNA的q RT-PCR定量結(jié)果與RNA測序分析得到一致結(jié)果(P值均小于0.05),進一步證實了測序數(shù)據(jù)。前期本課題組徐愛萍等研究發(fā)現(xiàn)GABA能神經(jīng)元釋放遞質(zhì)能力降低,軸突支配輸出能力受到損害。這表明CUMS誘導(dǎo)的抑郁癥前額葉皮層的GABA能神經(jīng)元功能發(fā)生病理性變化。并且第一部分高通量測序也表明差異表達的基因或mi RNAs富集到GABA能神經(jīng)元通路。為進一步揭示GABA能神經(jīng)元在CUMS誘導(dǎo)抑郁樣行為中特異性損傷的分子及表觀遺傳機制,我們從GABA的合成,釋放和重攝取的三個過程解析。利用q RT-PCR,蛋白免疫印跡,雙熒光素酶報告等實驗方法探究GABA能神經(jīng)元功能損害的分子及表觀遺傳機制。實驗結(jié)果如下:1)我們通過定量GABA合成(GAD67)、轉(zhuǎn)運(VGAT)和重攝取(GAT-3)蛋白發(fā)現(xiàn),與對照組(n=8)相比,抑郁樣行為組小鼠(n=8)前額葉組織中GAD-67,VGAT和GAT-3蛋白表水平顯著降低(P值均0.05)2)高通量測序定量GABA合成(GAD67)、轉(zhuǎn)運(VGAT)和重攝取(GAT-3)m RNA的表達水平,CUMS誘導(dǎo)的抑郁樣小鼠(n=2)前額葉皮層中GAD1,VGAT和GAT-3顯著低于對照小鼠(n=2)。采用q RT-PCR擴大樣本進一步驗證這些mi RNAs表達量。相比于對照組(n=8)來自CUMS誘導(dǎo)的抑郁癥小鼠(n=8)的前額皮質(zhì)中的GAD-67,VGAT和GAT-3的基因表達水平顯著降低(P值均小于0.05)。3)生物信息學(xué)分析表明GAD67 3'UTR兩個區(qū)域(769-775、902-908),VGAT 3'UTR的一個區(qū)域(622-628)和GAT-3 3'UTR的兩個區(qū)域(272-278、1393-1399)與mi RNA-144-3p結(jié)合。mi RNA-15b-5p預(yù)測結(jié)合GAT-3 3'UTR的1740-1747區(qū)域。VGAT 3'UTR的一個區(qū)域(608-614)是mi RNA-582-5p的結(jié)合部位。mi RNA-879-5p預(yù)測結(jié)合GAT-3 3'UTR的486-492。4)q RT-PCR結(jié)果表明與GABA合成、轉(zhuǎn)運和重攝取相關(guān)的mi R-15b-5p、mi RNA-879-5p、mi RNA-144-3p和mi RNA-582-5p在抑郁前額葉皮層組織中表達量顯著增加。5)q RT-PCR定量結(jié)果表明GABA合成、轉(zhuǎn)運和重吸收相關(guān)的m RNA和mi RNA之間存在負性相關(guān)。6)體外雙熒光素酶報告顯示mi R-15b-5p和mi RNA-879-5p直接負調(diào)控GTA-3,VGAT被mi RNA-144-3p和mi RNA-582-5p負調(diào)控,GAD1被mi RNA-144-3p直接負調(diào)控。本課題研究表明GABA合成、轉(zhuǎn)運和重攝取的功能障礙與慢性應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁癥相關(guān)。應(yīng)激誘導(dǎo)的GABA能神經(jīng)元的亞細胞區(qū)室之間的不相容以及GABA能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元之間的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致在內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)中的不平衡的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),其可能是抑郁癥發(fā)作的病理基礎(chǔ)。同時支持了慢性應(yīng)激,表觀遺傳,基因/蛋白質(zhì)表達,神經(jīng)元萎縮導(dǎo)致抑郁癥發(fā)病假說。未來的研究,我們需要將關(guān)于GABA能神經(jīng)元紊亂的mi RNA/m RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在機體層面作因果關(guān)系的研究。需要解決以下問題:mi RNA表達量的變化能否調(diào)控機體的抑郁樣行為學(xué)表型;改變mi RNA的表達量能否通過改變靶基因表達或者活性,起到減緩抑郁狀態(tài)的藥效。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】:青島大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號】:R749.4
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本文編號:1594146
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