缺氧預處理通過調節 BDNF 信號改善小鼠抑郁樣行為的機制探秘

《Scientific Reports》:Hypoxic preconditioning modulates BDNF signaling to alleviate depression-like behaviors in mice and its whole transcriptome sequencing analysis

【字體: 時間:2025年05月03日 來源:Scientific Reports 3.8

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  抑郁癥(MDD)發病率高,現有治療手段存在局限。研究人員開展 “缺氧預處理(HPC)對抑郁影響” 的研究,發現 HPC 可緩解小鼠抑郁樣行為,調節神經遞質等。該研究為抑郁癥臨床治療提供理論指導。

  在現代社會,抑郁癥如同隱藏在暗處的 “殺手”,嚴重威脅著人們的身心健康。據統計,抑郁癥發病率逐年上升,預計到 2030 年將成為全球疾病負擔的首要原因。然而,目前針對抑郁癥的治療卻面臨諸多困境。傳統的抗抑郁藥物對相當一部分患者療效不佳,而非藥物治療手段,如重復經顱磁刺激,往往需要漫長的治療周期。與此同時,人們對抑郁癥的發病機制以及大腦在其中的復雜運作機制還知之甚少,這無疑給抑郁癥的防治帶來了巨大挑戰。在這樣的背景下,探尋新的抑郁癥防治策略迫在眉睫。
內蒙古包頭醫學院的研究人員挺身而出,致力于探索抑郁癥治療的新方向。他們將目光聚焦于缺氧預處理(Hypoxic Preconditioning,HPC)這一內源性機制。此前研究發現,HPC 能上調抑郁癥的關鍵標記物 —— 腦源性神經營養因子(Brain-derived Neurotrophic Factor,BDNF),發揮神經保護作用,但具體機制尚不明確。此次研究,研究人員希望深入剖析 HPC 通過 BDNF 信號對抑郁行為的影響。

研究人員以 SPF 級 ICR 雄性小鼠為實驗對象,精心設計了一系列實驗。首先對小鼠進行 HPC 處理,隨后構建 24 小時束縛應激模型模擬抑郁行為。接著,運用多種先進技術方法展開研究。通過行為學實驗,如開場試驗(Open Field Test,OFT)和蔗糖偏好試驗(Sucrose Preference Test,SPT),觀察小鼠的行為變化;利用酶聯免疫吸附測定(Enzyme-linked Immunosorbent Assay,ELISA)檢測海馬體中神經遞質和氧化應激標記物水平;借助定量實時 PCR、蛋白質免疫印跡(Western blot)、免疫熒光染色等技術,分析 BDNF 及其受體 TrkB 的表達、相關信號通路的激活情況以及神經元的分化和突觸功能;運用全轉錄組測序技術,全面分析 RNA 的表達變化,構建競爭性內源 RNA(competitive endogenous RNAs,ceRNA)網絡,挖掘潛在的調控機制。

研究結果令人振奮。在行為學方面,HPC 顯著改善了束縛應激模型小鼠的抑郁樣行為。模型小鼠在 OFT 實驗中,總移動距離、邊緣移動距離和運動時間明顯增加,休息時間減少;在 SPT 實驗中,蔗糖消耗量顯著上升。這表明 HPC 能夠有效緩解小鼠的抑郁癥狀。

在生化指標上,HPC 對神經遞質和氧化應激產生了積極影響。它降低了束縛應激模型小鼠海馬體中皮質酮(CORT)水平,同時提高了 5 - 羥色胺(5 - HT)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)水平,增強了小鼠的抗氧化能力,恢復了激素和神經遞質的平衡。

關于 BDNF 信號通路,HPC 發揮了關鍵調節作用。它成功上調了束縛應激模型小鼠海馬體中 BDNF 的表達,卻未影響 TrkB 受體的表達。進一步研究發現,HPC 激活了 BDNF/TrkB 信號通路及其下游的磷脂酶 Cγ(PLCγ)通路,增加了關鍵分子的磷酸化水平,促進了神經元的存活、分化和突觸功能的改善。

在神經元結構和功能方面,HPC 展現出強大的修復能力。它增加了海馬體中突觸后密度蛋白 95(PSD - 95)的表達,提升了神經元樹突棘的數量和復雜性,緩解了突觸結構缺陷。同時,HPC 還促進了海馬體神經發生,增加了新生和成熟神經元的數量,為改善抑郁癥狀提供了堅實的神經生物學基礎。

全轉錄組測序分析揭示了 HPC 干預抑郁癥的復雜分子機制。研究發現,束縛應激導致了 373 個差異表達的長鏈非編碼 RNA(DElncRNAs)、166 個差異表達的環狀 RNA(DEcircRNAs)、29 個差異表達的微小 RNA(DEmiRNAs)和 1235 個差異表達的信使 RNA(DEmRNAs),而 HPC 對這些 RNA 的表達產生了顯著調節作用。功能富集分析表明,這些差異表達的 RNA 與突觸、神經發生和神經營養因子信號通路密切相關;诖藰嫿ǖ ceRNA 網絡顯示,DElncRNAs 和 DEcircRNAs 可能通過競爭性結合 DEmiRNAs,調節 BDNF 信號通路相關關鍵分子的表達,進而參與 HPC 的抗抑郁作用。

研究結論表明,HPC 通過上調 BDNF 表達,激活 BDNF/PLCγ/CREB 信號通路,有效改善了小鼠的突觸結構缺陷,促進了神經發生,最終緩解了抑郁樣行為。同時,研究還鑒定和分析了多種與 HPC 治療抑郁癥相關的 RNA,并構建了 ceRNA 網絡,為深入理解 HPC 改善抑郁樣行為的分子機制提供了新視角,為抑郁癥的臨床治療奠定了堅實的理論基礎。

在討論部分,研究人員進一步探討了實驗結果的意義和潛在機制。他們指出,HPC 觸發的內源性保護機制,通過多種途徑對神經系統產生保護作用,與抑郁癥的發病機制相互交織,為對抗抑郁癥提供了新的思路。雖然研究取得了重要進展,但仍存在一些局限性,如樣本量有限、對某些 RNA 功能了解不足等。未來的研究將聚焦于這些問題,進一步深入探索 HPC 治療抑郁癥的潛在機制,為臨床應用提供更有力的支持。

總的來說,這項發表在《Scientific Reports》上的研究成果意義重大。它不僅揭示了 HPC 治療抑郁癥的潛在機制,為抑郁癥的治療提供了新的理論依據,還為開發更有效的抑郁癥治療策略指明了方向,有望為廣大抑郁癥患者帶來新的希望。

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