Mol Psychiatry丨为何越来越多青少年发生抑郁症？

表观遗传学在调节青少年大脑成熟期间的基因表达中起着至关重要的作用。在患有抑郁症的青少年中，小胶质细胞介导的慢性神经炎症可能会导致细胞信号传导级联的激活，并导致中枢突触丢失。然而，导致青少年抑郁症的表观遗传调控神经炎症的确切机制仍然不清楚。

基于此，2024年8月30日山东大学基础医学院解剖学和组织胚胎学系郝爱君研究团队在Molecular Psychiatry杂志发表了“Microglial PCGF1 alleviates neuroinflammation associated depressive behavior in adolescent mice”揭示了小胶质细胞中的PCGF1（多梳蛋白抑制因子1）通过减轻与神经炎症相关的抑郁症状来发挥作用，阐述了青少年抑郁症的表观遗传调控机制。

PCGF1（Polycomb Group Ring Finger Protein 1），也称为RING1A或RNF2，是多梳蛋白复合体（Polycomb Group Proteins, PcG）的一部分，这类蛋白质在细胞内参与基因沉默和染色质结构的调控。PCGF1是RING型泛素连接酶家族的一员，它在基因表达调控中起着关键作用，尤其是在胚胎发育、细胞分化和维持干细胞状态等方面。在这项研究中，作者发现PCGF1（一个重要的表观遗传调控因子）的表达，在青少年重度抑郁症（MDD）患者的血浆中以及在抑郁症小鼠模型的小胶质细胞中都有所下降。证明了PCGF1在体内外都能减轻小胶质细胞介导的神经炎症，减少神经损伤，并改善青少年小鼠的抑郁样行为。从机制上讲，PCGF1通过上调MMP10启动子区域的RING1B/H2AK119ub和EZH2/H3K27me3来抑制MMP10的转录，从而特异性地抑制小胶质细胞介导的神经炎症。这些结果为青少年抑郁症的发病机制提供了见解，强调了组蛋白修饰、神经炎症和神经损伤之间的潜在联系。

图一 PCGF1在CUMS小鼠的小胶质细胞和青少年MDD患者的血浆中表达下调

作者从CUMS（慢性不可预见性温和应激）小鼠整个大脑中分离出CD11b+CD45low小胶质细胞，并进行了RNA测序。RNA测序分析显示，在CUMS小鼠中，有214个基因表达下调，50个基因表达上调，热图显示了基因表达上调和下调的前30个基因。KEGG分析这些差异表达的基因富集在免疫反应和神经系统疾病中。KEGG分析还揭示了这些基因主要参与炎症信号通路，如NF-κB和Tnf-α信号通路。在RNA测序结果中，作者发现重要的表观遗传调控因子PCGF1表达显著下调。随后分析了CUMS小鼠小胶质细胞中PCGF家族1-6成员的表达。结果显示只有PCGF1的表达显著下调。免疫荧光结果同样显示，在CUMS小鼠中小胶质细胞的PCGF1表达下调，而神经元中的PCGF1表达未变。此外，发现PCGF1在星形胶质细胞中表达非常低。这些结果暗示CUMS小鼠中小胶质细胞的PCGF1可能具有细胞特异性功能。为了确定PCGF1是否与青少年抑郁症有关，检测了正常对照组和青少年MDD患者的血浆中PCGF1水平。与正常对照组相比，青少年MDD患者的PCGF1 mRNA水平显著降低。在体外实验中，使用脂多糖（LPS）刺激原代和BV2小胶质细胞介导的炎症，以模拟CUMS体内引起的神经炎症。作者发现LPS刺激显著降低了小胶质细胞中PCGF1的蛋白和mRNA水平。

图二 海马CA1区小胶质细胞中PCGF1的表达与抑郁样行为相关

为了探究PCGF1是否与抑郁样行为有关，通过直接将小胶质细胞特异性的AAV9-F40/80-PCGF1-GFP病毒注射到CUMS小鼠的海马CA1区域，诱导小胶质细胞中PCGF1的过表达。CUMS小鼠表现出体重下降、糖水偏好（SPT)下降以及在强迫游泳测试（FST）和悬尾测试（TST）中的不动时间增加，表现出抑郁样行为。然而，这些行为在小胶质细胞中PCGF1上调后被逆转。在旷场测试（OFT）中，CUMS暴露并没有影响小鼠总运动距离，但减少了小鼠探索中心区域的持续时间和频率。此外，高架十字迷宫（EPM）测试结果表明，CUMS暴露减少了小鼠进入开放臂的持续时间和频率。PCGF1的上调逆转了CUMS小鼠在OFT和EPM中的焦虑样行为。总而言之，小胶质细胞中PCGF1的过表达改善了CUMS诱导的小鼠抑郁样行为。

图三 小胶质细胞中的PCGF1通过MMPs家族成员调节LPS诱导的神经炎症

作者接下来在LPS诱导的原代小胶质细胞和BV2小胶质细胞中过表达和敲低PCGF1，发现PCGF1的过表达降低了两种细胞中IL-1β、IL-6和TNF-α的mRNA或蛋白水平。结果还显示，PCGF1的敲低产生了相反的结果。因此，PCGF1减少了小胶质细胞中炎症因子的表达。为了探索PCGF1调节神经炎症的具体机制，在经LPS诱导的经PCGF1质粒转染的原代小胶质细胞上进行了RNA测序。RNA-seq分析揭示了LPS诱导的原代小胶质细胞中有3357个基因表达上调。几个基质金属蛋白酶（MMPs）成员在LPS诱导后在原代小胶质细胞中上调。作者观察到PCGF1过表达抑制了其中几个MMPs成员的表达。作者使用KEGG分析揭示了PCGF1转染后差异表达的基因主要参与炎症信号通路，这些基因在免疫疾病、神经系统疾病和转录功能中富集。作者验证了测序结果中下调的MMPs成员，并发现PCGF1可以显著下调MMP8、MMP10和MMP12的表达。PCGF1可能通过影响MMPs成员的转录来调节神经炎症。

总结：

作者的研究揭示了通过将神经炎症与表观遗传学联系起来治疗青少年抑郁症的新机制。具体来说，发现小胶质细胞中的PCGF1通过调节MMP10启动子区域的RING1B/H2AK119ub和EZH2/H3K27me3来抑制NF-κB/MAPK信号通路的激活。当大脑的稳态被破坏时，所有类型的免疫细胞都被激活，产生炎症级联反应并释放更多的炎症因子。作者的研究揭示了一个新的目标分子，并为青少年抑郁症的发病机制提供了见解，为治疗这一疾病提供了有希望的治疗选择。

文章来源： https://doi.org/10.1038/s41380-024-02714-2