细胞外囊泡递送布美他尼通过恢复氯离子稳态改善雄性小鼠抑郁样行为

本研究聚焦于重大抑郁障碍（MDD）中GABA能神经传递异常的问题。研究人员探讨了钾氯协同转运蛋白2（KCC2）在抑郁模型中的作用，发现KCC2表达下调导致氯离子稳态失衡。通过过表达KCC2或使用布美他尼治疗，可逆转应激引起的EGABA变化和GABA能传递缺陷，改善抑郁样行为。尤为重要的是，研究成功构建了靶向性细胞外囊泡（EVs）递送系统，为抑郁症治疗提供了新策略。

在全球范围内，重大抑郁障碍（Major Depressive Disorder, MDD）是最为普遍的精神疾病，给患者个人、家庭乃至社会都带来了沉重的负担。尽管其发病率高，但目前的治疗手段，如传统的抗抑郁药物，往往存在起效慢、副作用大、有效率有限等问题。因此，深入探索抑郁症的发病机制，并在此基础上开发新的治疗策略，成为神经科学和精神医学领域的迫切需求。近年来，科学家们注意到γ-氨基丁酸（GABA）能神经传递的异常在抑郁症的病理生理过程中扮演着重要角色。在成熟神经元中，GABA_A受体（GABA_AR）的激活通常引起氯离子内流，导致神经元超极化，从而产生抑制性效应。这一效应的关键决定因素是神经元内的氯离子浓度，而钾氯协同转运蛋白2（Potassium-Chloride Cotransporter 2, KCC2）正是维持神经元内低氯离子浓度的核心分子。然而，KCC2调控的GABA能神经传递究竟如何影响抑郁行为，此前尚不明确。

为了回答这一关键科学问题，来自华中科技大学的研究团队在《Molecular Therapy》上发表了一项创新性研究。他们发现，在抑郁模型小鼠的背侧海马（dorsal Hippocampus, dHip）脑区，KCC2的表达显著降低。这一变化导致了GABA逆转电位（E_GABA）发生去极化偏移，以及微小抑制性突触后电流（mIPSCs）的振幅减小，意味着GABA的抑制性作用被削弱了。当研究人员人为地降低小鼠脑内的KCC2表达时，小鼠对应激的易感性增加了，更容易表现出抑郁样行为。相反，如果通过基因技术过表达KCC2，或者使用一种名为布美坦尼（bumetanide）的利尿剂（它能够抑制另一种主要介导氯离子内流的转运蛋白NKCC1，从而间接改善氯离子外排的平衡），则可以逆转由慢性社会挫败应激（Chronic Social Defeat Stress, CSDS）所诱导的E_GABA异常和GABA能神经传递缺陷，并最终改善小鼠的抑郁样行为。

然而，如何将布美他尼有效地递送到大脑中枢神经系统是一个巨大挑战，因为血脑屏障的存在严重限制了大多数药物入脑。研究团队巧妙地运用了细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）这一天然的内源性递送系统。他们从经过布美他尼处理的HEK-293T细胞中提取EVs，并利用基因工程技术，给这些EVs装上了能够特异性识别乙酰胆碱受体（Acetylcholine Receptor, AChR）的狂犬病毒糖蛋白（Rabies Virus Glycoprotein, RVG）肽段作为“导航头”。当这些经过工程化改造的、装载有布美他尼的RVG-EVs通过尾静脉注射到抑郁模型小鼠体内后，它们能够有效地将药物递送至脑内，并显著缓解抑郁症状。

这项研究的关键技术方法主要包括：利用慢性社会挫败应激（CSDS）构建小鼠抑郁模型；通过病毒载体介导的基因操作（如短发夹RNA-shRNA和过表达载体）在特定脑区（背侧海马）进行KCC2的敲低或过表达；采用电生理学技术（膜片钳）记录神经元的GABA逆转电位（E_GABA）和微小抑制性突触后电流（mIPSCs）；以及从HEK-293T细胞系中提取并工程化改造细胞外囊泡（EVs），用于药物的靶向递送。所有实验动物均为雄性小鼠。

KCC2在背侧海马中的表达下调与抑郁样行为相关

研究人员首先发现，经历慢性社会挫败应激（CSDS）的易感小鼠，其背侧海马（dHip）脑区中KCC2的蛋白和mRNA表达水平均显著低于对照组和具有抵抗力的鼠。这一结果表明，KCC2的表达减少与抑郁样行为的产生存在关联。

KCC2下调导致GABA能抑制性传递功能受损

为了探究KCC2减少的功能性后果，研究团队记录了背侧海马神经元的活动。他们发现，在CSDS易感鼠中，GABA的逆转电位（E_GABA）发生了去极化偏移，同时mIPSCs的振幅降低。这意味着GABA的抑制作用减弱，神经网络的兴奋/抑制平衡被打破。当通过注射shRNA病毒载体特异性敲低dHip区的KCC2后，正常小鼠也表现出了类似的电生理变化以及对应激的易感性增加，这直接证明了KCC2功能不足足以诱发抑郁相关的神经生理和行为改变。

恢复KCC2功能或使用布美他尼可逆转抑郁样行为

研究的另一关键发现是，干预KCC2功能可以治疗抑郁样行为。在dHip区过表达KCC2，能够有效逆转CSDS易感鼠的E_GABA去极化偏移和mIPSCs振幅减小，并改善其社交回避和快感缺失等抑郁样行为。同样，系统性给予布美他尼（一种NKCC1抑制剂，通过减少氯离子内流间接促进KCC2介导的氯离子外排效应，从而恢复氯离子稳态）也产生了相似的治疗效果。

工程化细胞外囊泡可实现布美他尼的靶向脑递送并发挥抗抑郁作用

为了解决布美他尼入脑难的问题，研究团队开发了一种创新的递送策略。他们制备了装载布美他尼且表面展示RVG肽的工程化EVs（RVG-EVs@Bumetanide）。体外实验证明这些EVs能够被神经元有效摄取。体内实验则显示，经尾静脉注射后，RVG-EVs@Bumetanide能够穿过血脑屏障，在脑内富集，并显著改善CSDS诱导的小鼠抑郁样行为，其效果优于游离的布美他尼药物本身。

综上所述，本研究确立了背侧海马中KCC2介导的氯离子稳态失衡是抑郁症的一个重要病理机制。KCC2表达下调导致GABA能抑制性功能受损，从而促发抑郁样行为。无论是通过基因手段恢复KCC2功能，还是通过药物（布美他尼）干预氯离子转运，均能起到抗抑郁作用。更为重要的是，该研究成功构建了一种基于细胞外囊泡的靶向递药系统，为布美他尼乃至其他神经精神疾病药物的临床应用提供了潜在的全新解决方案。这不仅深化了我们对抑郁症GABA能病理机制的理解，也为开发高效、精准的脑靶向治疗策略开辟了新的道路，具有重要的理论意义和广阔的转化前景。