槲皮素通过调节海马区精氨酸琥珀酸诱导的星形胶质细胞焦亡,减轻由慢性应激性脑损伤(CUMS)引起的大鼠抑郁样行为

时间:2026年3月14日
来源:The Journal of Nutritional Biochemistry

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抑郁机制及槲皮素干预研究揭示天冬氨酸半醛(ASA)通过激活NLRP3/caspase-1通路引发星形胶质细胞凋亡,槲皮素通过抗氧化和抗炎作用改善抑郁样行为。

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李思琪|吴琼|陈颖|郑汉文|郑凯|侯雅莉|赵秀娟
中国黑龙江省哈尔滨医科大学公共卫生学院营养与食品卫生系,教育部精准营养与健康重点实验室

摘要

抑郁症,或称重度抑郁症(MDD),是一种常见的心理障碍,但其潜在机制尚未完全明了,这阻碍了有效的预防和治疗。本研究探讨了槲皮素对慢性不可预测轻度应激(CUMS)诱导的抑郁样行为的保护作用,并通过体内和体外实验探索了其背后的机制。代谢组学分析显示,慢性不可预测轻度应激显著增加了血清中的精氨酸琥珀酸(ASA)水平,而这一水平与大鼠的抑郁样行为密切相关,提示ASA可能在抑郁症的发病机制中起作用。脑内注射ASA会诱发抑郁样行为,并上调海马区的炎症标志物(IKK-α、P65、NLRP3)和焦亡相关蛋白(Caspase-1、Gasdermin D)。槲皮素处理可缓解CUMS诱导的抑郁行为,降低血清ASA水平,并抑制海马区的炎症和焦亡。在随后使用1-3天大新生鼠海马区分离出的原代星形胶质细胞的体外实验中,通过使用ROS、NLRP3和caspase-1抑制剂,证明了槲皮素通过其抗氧化和抗炎作用,能够减弱ASA诱导的NF-κB/NLRP3炎症通路激活及随后的焦亡,从而保护星形胶质细胞。总体而言,本研究表明ASA可能通过ROS诱导NLRP3/caspase-1激活,触发星形胶质细胞焦亡并促进抑郁症的发生。值得注意的是,槲皮素可通过抑制ASA诱导的海马区星形胶质细胞焦亡和随后的星形胶质细胞丢失,有效缓解应激引起的抑郁样行为。本研究为槲皮素作为治疗抑郁症的潜在药物提供了有价值的见解,为该疾病的治疗开辟了新的方向。

引言

抑郁症或重度抑郁症(MDD)是一种常见的心理障碍,其特征是情绪低落、兴趣减退和愉悦感降低[1,2]。根据世界卫生组织的报告,2023年全球约有2.8亿抑郁症患者,预计到2030年抑郁症将成为全球疾病负担的主要原因[3]。尽管已经提出了多种假设,如单胺类神经递质功能障碍、下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴失调、神经营养因子缺乏和免疫系统功能障碍等,并阐明了抑郁症的发病机制,但由于导致和影响抑郁症发作及进展的因素复杂多样,其生物学机制仍不清楚[4]。这给抑郁症的预防和治疗带来了挑战。
Maes等人在1995年提出了抑郁症的神经免疫炎症理论。此后,炎症介质与抑郁症之间的关系得到了广泛研究[5]。目前越来越多的证据表明,MDD患者表现出慢性低度全身炎症的迹象,如血清中促炎细胞因子升高、骨髓和淋巴细胞生成失调以及身体屏障(包括肠上皮和血脑屏障)的破坏[6],[7],[8],[9],[10]。同时,大量研究表明炎症会导致大脑区域(如海马区HPC)的功能异常,这与抑郁症的发作和发展密切相关[11],[12],[13]。其中,由ROS催化的NLRP3炎性体是迄今为止最大和最具代表性的炎性体之一,在抑郁症的发病和进展中起着关键作用[14],[15],[16],[17]。
焦亡是一种由Gasdermin介导的程序性细胞死亡形式,其特征是依赖于caspase-1,并伴随着大量促炎因子的释放。研究表明,焦亡在神经性疾病、传染病和动脉粥样硬化的发病和进展中起着重要作用[18]。焦亡是一种依赖于细胞质炎性体激活的炎症性程序性细胞死亡。具体来说,ROS诱导的NF-kB炎症通路的激活可以激活NLRP-3炎性体,进而导致Caspase-1的激活[19,20]。此外,研究表明炎性体可以调节星形胶质细胞的焦亡,并与抑郁症的发生有关[21]。ASA通过尿酸代谢循环中的精氨酸琥珀酸合成酶由瓜氨酸和天冬氨酸形成,而天冬氨酸可从谷氨酸的降解中获得[22,23]。作为神经毒性代谢物,血清中ASA水平的升高已被报道与光周期变化诱导的小鼠抑郁样行为相关[24]。此外,来自精氨酸琥珀酸裂解酶缺乏的血清代谢组学和临床研究表明,ASA水平与抑郁样行为及相关情绪-行为结果有关[25,26],表明ASA可能在抑郁症的发病和发展中起重要作用。此外,研究表明,大鼠体内ASA水平的升高可能导致大脑氧化应激,从而损伤神经细胞,尤其是星形胶质细胞[27,28]。然而,尚不清楚ASA是否通过ROS/NF-KB/NLRP3途径诱导星形胶质细胞焦亡并进而导致抑郁症。
目前,尽管有许多用于治疗MDD的药物,但它们仍然存在作用缓慢和副作用等缺点。更糟糕的是,大约50%的患者在一线治疗后未能达到缓解[29],这表明需要适当整合相关分子机制并寻找新的抗抑郁药物。作为一种众所周知的天然抗氧化剂,槲皮素因其多种生物功能而受到认可,包括抗氧化和抗炎特性。现有研究发现,槲皮素通过其抗氧化和神经保护作用在神经药理学中发挥重要作用[30,31]。大量研究表明,槲皮素可以通过减轻氧化应激和炎症反应、改善促肾上腺皮质激素释放因子以及调节下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴来显著改善抑郁症[32],[33],[34]。此外,与传统抗抑郁药物相比,槲皮素具有更少的毒性和副作用[35]。然而,槲皮素的抗抑郁作用的具体机制尚不清楚,特别是它是否能够缓解ASA诱导的抑郁样行为仍需进一步研究。
代谢组学被定义为对活体系统对病理生理刺激或基因修饰的动态多参数代谢反应的定量测量[36]。通过对包括血清、血浆、尿液和组织在内的生物样本进行系统分析,在特定的生理或疾病条件下,代谢组学能够识别和量化小分子代谢物,从而揭示与疾病相关的代谢变化,促进疾病诊断、生物标志物的发现以及疾病病理生理机制的研究[37]。越来越多的证据表明,对抑郁症患者和动物的代谢组学分析显示,包括神经递质、脂质和氨基酸在内的多种代谢物发生了变化,表明神经化学平衡紊乱、氧化应激和能量代谢失调[38]。因此,代谢组学已被越来越多地应用于阐明包括抑郁症和焦虑症在内的神经精神障碍的发病机制[39,40]。
作为一种更好地模拟人类抑郁症状和由人类抑郁引起的一系列生化变化的动物模型,慢性不可预测轻度应激(CUMS)常用于应激诱导抑郁症的动物建模,并已被证明可以诱导海马区的氧化应激和神经炎症[41],[42],[43]。在我们的研究中,血清代谢组学分析显示,CUMS刺激显著增加了ASA水平,且ASA水平与抑郁样行为密切相关。因此,进行了脑内ASA给药实验,以探讨中枢ASA水平升高是否可以再现CUMS模型中观察到的抑郁样行为和分子特征。进一步的海马原代星形胶质细胞实验用于确定槲皮素对ASA诱导的星形胶质细胞毒性的影响。总体而言,本研究将血清代谢组学与CUMS大鼠模型的行为和分子分析相结合,以阐明与压力相关的代谢变化,并评估槲皮素的调节和辅助治疗效果。

动物

本实验中使用的所有Sprague Dawley大鼠(雄性,190–220克)均由北京Vital River Laboratory Animal Technology Co. Ltd提供,并在实验前进行了7天的适应期。大鼠获得了充足的AIN-93M饲料和饮用水,饲料组成详见表S1。动物单独饲养在控制湿度(50–60%)和温度(22±2°C)的代谢笼中,保持12小时光照-黑暗周期。本研究是在这些条件下进行的

槲皮素调节CUMS刺激引起的大鼠血清代谢谱的变化

为了探讨槲皮素对抑郁大鼠血清代谢物的影响,使用UPLC-Q-TOF/MS在正负模式下分析血清样本。通过初步数据处理和分析,获得了总共11,244个变量(正模式下3913个,负模式下7331个)。图S1展示了正负离子化模式下QC样本的PCA得分图。QC样本的紧密聚类表明分析结果的稳定性良好

讨论

ASA是一种谷氨酸代谢物,可导致星形胶质细胞损伤[22,23,27,28]。在本研究中,非靶向代谢组学研究显示,CUMS刺激的大鼠血清中ASA水平升高,而槲皮素显著降低了CUMS诱导的ASA水平升高。同时,槲皮素抑制了CUMS刺激引起的NF-κB信号活性、NLRP3和焦亡相关蛋白表达的增加。随后,我们通过脑内注射ASA进行了验证

局限性

本研究存在一些局限性。首先,尽管血清代谢组学识别出了与抑郁症相关的代谢物,如谷氨酸、色氨酸和犬尿氨酸,但这些代谢物如何与ASA相互作用以及它们是否协同加剧抑郁表型仍不清楚。其次,ASA对其他神经细胞类型(如神经元、小胶质细胞和少突胶质细胞)的潜在影响及其对行为结果的贡献需要进一步研究。第三,

结论

总之,我们在CUMS模型大鼠的血清代谢组学分析中确定了ASA是一种与抑郁症发病和进展相关的物质。我们的结果首次证明,ASA可以通过促进ROS的产生来诱导NLRP3/caspase-1激活,从而触发焦亡,导致海马区星形胶质细胞死亡,并促进抑郁症的发展。值得注意的是,槲皮素可以改善ASA诱导的星形胶质细胞焦亡并缓解

作者贡献

李思琪:概念化、方法学、正式分析、验证、数据整理、撰写——原始草稿。吴琼:数据整理、可视化、正式分析。陈颖:数据整理、可视化。郑汉文:方法学、验证。郑凯:方法学、资源准备。侯雅莉:软件操作。赵秀娟:概念化、资金筹集、监督、撰写——审阅与编辑。

资金来源

本工作得到了国家自然科学基金(编号:82073537)的资助。

CRediT作者贡献声明

李思琪:撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、正式分析、数据整理、概念化。吴琼:可视化、正式分析、数据整理。陈颖:可视化、数据整理。郑汉文:验证、方法学。郑凯:资源准备、方法学。侯雅莉:软件操作。赵秀娟:撰写——审阅与编辑、监督、资金筹集、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的报告内容。

致谢

我们感谢实验室现任和过去的成员们的辛勤工作。

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