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王小丹,胡颖,刘文鑫,马媛媛,陈曦,薛婷,崔东红, "青少年精神分裂症样动物GABA功能减退的分子基础”,神经可塑性, 卷。2021, 文章的ID9983438, 15 页面, 2021. https://doi.org/10.1155/2021/9983438
青少年精神分裂症样动物GABA功能减退的分子基础
摘要
精神分裂症是一种以NMDA受体(NMDAR)功能减退为主的神经发育障碍。精神分裂症通常出现在青少年或成年早期。电生理和一些神经化学变化将GABA缺陷与NMDAR功能减退引起的异常行为联系起来。然而,很少有研究系统地研究氨基丁酸缺乏的分子基础,特别是在青少年时期。为了解决这个问题,我们给PND 10的小鼠暂时给药MK-801, PND 10在青春期表现出与精神分裂症相关的缺陷。切片记录显示GABA传输和PVI降低+功能减退,表明GABAergic功能减退。皮质蛋白质组学评价结合来自Allen大脑的单细胞数据分析表明,各种代谢过程在顶级富集,在兴奋性神经元、GABAergic中间神经元和胶质细胞中发生差异改变。值得注意的是,星形胶质细胞和中间神经元中与gaba相关的氨基酸代谢过程被干扰,我们发现其中一组gaba相关蛋白(GAD65、SYNPR、DBI、GAT3、SN1和CPT1A)下调。它们协同调节GABA的合成、释放、再吸收和补充。它们的下调表明在青春期由神经元-星形胶质细胞通讯调节的GABA周期和稳态受损。我们在GABA缺陷分子基础上的发现可以为GABA能拯救的早期预防和干预提供潜在的药物靶点。
1.简介
精神分裂症是一种破坏性的疾病,会破坏多个大脑系统,最终导致长达十年的精神错乱以及社交和认知障碍[1].虽然被认为是神经发育障碍[2,精神病症状通常出现在青春期或成年早期[1].最近的研究结果表明,青春期的治疗干预,特别是在症状出现之前,可能会预防或改善疾病的发展[3.].随着前额叶皮层(PFC)在青春期持续成熟,它与精神分裂症密切相关[4],了解PFC在青春期是如何发生的,将揭示疾病的关键病理机制,有助于早期预防和干预。
NMDA受体(NMDAR)功能减退在精神分裂症的病理生理中起关键作用[5,6].这一假设得到了以下观察结果的支持:NMDAR拮抗剂如苯环利定、MK-801和氯胺酮可在健康人中产生精神分裂症样症状,并加剧精神分裂症患者先前存在的症状[7].多次用NMDAR拮抗剂治疗的啮齿动物[6],在新生儿期也会重现精神分裂症相关行为,包括运动过度、空间学习和记忆障碍以及感觉门控降低[8].
NMDAR功能减退相关异常行为与GABA缺陷调节的兴奋-抑制(E/I)失衡有关[9].GABA (Ƴ-aminobutyric酸)是由GABA能中间神经元释放的中枢神经系统主要抑制性神经递质[10].NMDAR拮抗剂的电生理记录显示突触前gaba能传递减少,锥体神经元抑制减弱[9,11].GABA抢救一个受体可恢复行为缺陷[9].在动物中,反复注射NMDAR拮抗剂可减少parvalbumin的表达[12].双向调控小鼠海马区parvalbumin和GAD67 (GABA合成调节)水平可调节其学习能力[13].此外,精神分裂症的尸检研究持续记录了较低水平的parvalbumin [14,15]和GAD67 [16,17在parvalbumin阳性GABAergic中间神经元(PVIs+),表明gaba能电路存在缺陷。尽管电生理和一些神经化学变化暗示了NMDAR功能减退导致的gaba能缺陷,此外,目前的数据表明星形胶质细胞在调节动态gaba能-星形胶质细胞通讯中的重要性[18],很少有研究提供了gaba能缺陷的分子基础的全貌,特别是在青少年时期。
为了解决这个问题,我们暂时给PND 10的小鼠注射MK-801。他们在青春期表现出与精神分裂症相关的行为。因此,PFC的电生理记录显示GABA传输和PVIs降低+机能减退。我们进行了皮层蛋白质组学研究,并对来自艾伦大脑的单细胞测序数据进行了组合分析。组学综合分析显示,兴奋性神经元、中间神经元和胶质细胞的代谢过程发生了差异改变。值得注意的是,调控GABA合成、释放、再吸收和补充周期的一组GABA相关蛋白被下调。这些蛋白在中间神经元和星形胶质细胞中表达异常,表明gaba能与星形胶质细胞的通讯受损。我们揭示了GABA缺陷的分子基础,提供了一个关于青春期GABA功能障碍如何发生的全局视角。我们的结果可能为精神分裂症的病理生理机制提供了新的见解。
2.材料与方法
2.1.小鼠和MK-801管理
所有实验均采用野生型C57BL/ 6j雄性小鼠。所有动物实验均经上海交通大学实验动物专业委员会批准。住房条件包括12小时的光/暗循环,湿度 ,单独通风笼子系统(IVC, TECNIPLAST S.P.A.)的控制温度为22-25°C。食物和水是随意提供的。出生日定义为PND 1日。在PND 10,幼鼠分别于上午9:00和17:00腹腔内注射两次生理盐水或MK-801 (Sigma-Aldrich),剂量为0.5 mg/kg(即10 ml/kg)。小鼠断奶时采用PND 21,并按单性别分组(每笼4 - 5只)。
2.2.行为测试
在青春期小鼠中进行了一系列与精神分裂症相关的行为测试,包括开放场地测试、高架加迷宫测试、筑巢建造、巴恩斯迷宫和脉冲前抑制测试(~PND 35)。行为试验前,小鼠在试验室内适应1 h,试验时间为上午9:00和下午4:00。行为方法的细节在补充方法中提供。对青春期小鼠进行电生理记录、蛋白质组学分析、western blot和免疫组化。
2.3.电生理记录
将PFC放入含(mM) 212蔗糖,3 KCl, 26 NaHCO的冰冷含氧蔗糖溶液中制备冠状切片3., 1.25 NaH2阿宝4, 0.5 CaCl2, 7 MgSO4和10d(+)葡萄糖。在30分钟的潜伏期后,在含氧人工脑脊液(ACSF)中进行记录。微移液管(4-6米Ω)用含有以下物质(单位为mM)的细胞内溶液填充+葡萄糖酸盐,10 HEPES, 5 KCl, 0.5 EGTA, 10磷酸肌酸,4 ATP-Na, 0.3 GTP-Na和2.5 MgCl2pH为7.23,渗透压为313 mOsm/kg。全细胞膜片钳记录从PVIs获得+或锥体神经元在前边缘区(PrL)的II/III层。为了测量内在兴奋性,电流从0 pA到800 pA以25 pA级的速度注入。记录动作电位阈值和频率。在锥体神经元中监测sIPSC和sEPSC记录(保持-70 mV的电位)。对于sIPSC录音,ACSF包含10μM NBQX和50μ使用M APV和高Cl细胞内溶液。对于sepc记录,ACSF包含100μM和K+使用葡萄糖酸盐细胞内溶液。使用PatchMaster (HEKA, Germany)仪器获取数据,并使用MiniAnalysis (Synaptosoft, NJ)进行分析。数据归一化为平均基线反应。接入电阻超过25m的电池Ω不稳定的静息膜电位和异常的峰峰模式被排除在分析之外。
2.4.质谱分析样品制备
PFC在强RIPA裂解缓冲液中机械均质(Dremel, USA)。100年μ在UA缓冲液(8 M尿素,50 mM NH)中变性4HCO3., pH 7.8),用5 mM TCEP (Tris(2-羧基乙基)膦还原,并与15 mM IAA(碘乙酰胺)在黑暗中烷基化30分钟。用预冷的丙酮沉淀蛋白质,用胰蛋白酶(Promega)在37°C下以1:50 (w/w)的浓度在50 mM NH中消化18小时4HCO3..消化后,使用Mono自旋柱(GL Science, Tokyo)对肽进行脱盐。
2.5.Nano-LC-MS /女士
将300 ng多肽在0.1%甲酸(FA)中重组,并在nanoAcquity UPLC系统(Waters Corporation)上用纳米级反相UPLC分离,配备对称性C18 5 mm, trap柱和HSS T3 C18 1.8 mm, 分析柱(沃特斯公司)。以300 nL/min的流速从3-35%的B中分离注入的多肽,梯度120分钟。溶剂A由0.1%的FA在H中组成2O,溶剂B为0.1%的乙腈FA。质谱分析是在UDMS中的Synapt G2-Si四极飞行时间质谱计(Waters Corporation)上进行的E(ultradefinition女士E)模式。在20000 FWHM(全宽一半最大值)的分辨率模式下,获得了质量范围为50 ~ 2000 m/z的正离子。将[Glu1]-纤维蛋白肽B锁定质量校正频率为30 s。
MS原光谱处理在Waters Progenesis QI (QIP,版本3.0.2)中进行,如前所述[19],在UniProt小鼠蛋白质组数据库(2020/06版本)中搜索。采用默认参数进行峰值选取和对准算法。半胱氨酸的氨基甲基化和蛋氨酸的氧化分别被指定为固定和可变修饰。允许有一个胰蛋白酶裂解缺失。用于蛋白质鉴定的FDR设置为4%的阈值。只有最少长度为7个氨基酸的多肽 质量误差<20 ppm。
2.6.蛋白质组学数据分析
肽水平的数据归一化在QIP软件中自动完成。使用Top 3方法量化蛋白质[20.,21].只考虑含有至少一个独特肽的蛋白质。执行了重复的技术复制。强度范围以外的蛋白质 定义为异常值并去除。 -采用最近邻(k-NN)法对缺失值进行插值。samr包(22]用于识别差异表达蛋白,使用成对的两类samr, 1000种排列,FDR阈值为0.05 [23].具有至少两个独特多肽和≥|1.3|倍变化的蛋白被定义为差异表达蛋白。在STRING中进行生物功能分析和蛋白质相互作用分析(http://string-db.org/),后者用Cytoscape 3.6.1可视化[24].从小鼠大脑单细胞测序数据库(http://mousebrain.org) [25].
2.7.免疫印迹
用10% SDS-PAGE凝胶分离蛋白,用小鼠抗pv (1:10 00, Sigma)、小鼠抗gad65 (1:5 00, Abcam)、兔抗gad67 (1:10 00, Cell Signaling Technology)和兔抗-进行一次抗体印迹β-actin(1: 2000,细胞信号技术)。二抗包括山羊抗兔IgG (1:10 0, Sigma)和山羊抗小鼠IgG (1:10 000, Sigma)。
2.8.免疫组织化学
将脑组织解剖,在4℃4% PFA中固定过夜,然后在30%蔗糖中冷冻保护。20例进行了冠状切片μm片使用冷冻切片机(徕卡)。收集苞块1.54 mm至2.46 mm之间的切片进行细胞计数。一抗为抗pv抗体(1:500;σ)。的年代econdary antibody was Alexa Fluor 488 donkey anti-mouse antibody (1 : 000; Jackson lab). PVIs+与电生理记录一致的PrL区,每六分之一切片计数。
2.9.统计分析
学生的 -两组比较采用检验。采用双向方差分析(ANOVA)和事后Tukey多重比较,分析两因素和多组比较。重复测量方差分析确定了累积分布的统计学差异。统计学显著性定义为 .
3.结果
3.1.NMDARs对PND - 10的短暂阻断诱导青春期小鼠的精神分裂症样行为
元太+对NMDAR抑制最为敏感,特别是在发育过程中[26].PND 10是(1)小鼠大脑生长达到峰值[27(2)小鼠皮层parvalbumin PVIs免疫反应性的成熟+出现(28(3) PVIs的兴奋性突触和快速峰值特性+两天内到达[29].因此,我们将PND 10作为诱发NMDAR功能减退的临界点。雄鼠在PND 10时间间隔8小时连续注射两次MK-801。考虑到MK801在大脑中的半衰期很短(约2小时)[30.],为了通过瞬时阻断策略有效诱导异常行为,选择高剂量的MK801 (0.5 mg/kg) [31- - - - - -33].相比之下,慢性啮齿类动物的治疗一般采用低剂量(0.05-0.1 mg/kg)或中等剂量(0.2-0.25 mg/kg) [8].在青少年阶段进行了一系列与精神分裂症相关的行为测试(来自PND 35) [34当精神分裂症通常出现在人类身上时[1)(图1(一)).
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
MK-801注射PND - 10对青春期小鼠体重无影响(图S1a).野外试验显示小鼠的运动活动不受干扰(图1)S1c)。精神分裂症可增加焦虑症的共病。我们发现,注射mk -801的小鼠张开双臂的时间更短,而闭臂的时间更长(图1 (b)),表明与焦虑相关的活动增加了。接下来,我们进行了PPI测试,以测量感觉运动门控,这在精神分裂症患者中经常减少[35].我们观察到惊吓反应的基线振幅没有显著差异(图1 (c)).然而,mk -801处理的小鼠在85 dB时脉冲前抑制显著下降(图1 (d)),表示感觉门控受损。筑巢是衡量啮齿类动物合作或社会活动的指标[36],其减少可能对应于精神分裂症患者的阴性症状[37].我们发现mk -801处理的小鼠表现出明显较低的筑巢能力(图1 (e)),它们没能造出蓬松的巢,而且倾向于把棉花撒在笼子的地板上(图1 (f)).受损的长期显式或陈述性记忆[38,39是精神分裂症患者的认知障碍之一,可以通过啮齿类动物的巴恩斯迷宫来测量[40].经过mk -801处理的小鼠在进入逃生室的延迟时间明显长于对照组小鼠1 (g)).然而,两组在探头测试中探测目标孔的时间并无差异(图1)S1e).这些数据表明,青春期小鼠的学习能力受损,但记忆能力没有受损。总的来说,这些观察结果表明,短暂封锁PND 10上的NMDARs可以诱导青春期小鼠的精神分裂样行为。
3.2.与精神分裂症相关的GABA传递减少和PVIs+诱发青春期小鼠功能减退
GABA缺乏,尤其是PVI+功能障碍与精神分裂症的病理有关[14,15].在NMDAR拮抗剂动物中观察到GABA传输减少的电生理记录。因此,我们观察到在青春期mk -801治疗的小鼠锥体神经元中,sIPSCs的事件间间隔分布和平均频率显著降低(图2(一个)- - - - - -2 (c)).然而,我们发现累积振幅分布和平均振幅没有明显变化(图2 (d))在这些神经元中。这些观察结果表明,对锥体神经元的gaba能抑制输入减少。接下来我们研究了PVIs的生理功能+在PrL地区。快速峰值特征被用来识别PVIs+.PVIs的发射频率+在接受mk -801治疗的小鼠中,随着电流注射量的增加,其免疫功能明显下降(图2 (e)而且2 (f)).然而,我们发现动作电位(AP)阈值没有差异(图2 (g)).这些数据表明PVIs的兴奋性降低+.我们发现PVIs的密度没有下降+(图2 (h))或表达parvalbumin(图2(我)),表明兴奋性降低可能是由于PVIs的功能缺陷+而不是减少它们的数量。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
(j)
(k)
(左)
(m)
(n)
(o)
元太+控制神经回路的E-I平衡,它们的抑制可能会解除对锥体神经元活动的抑制。然而,当比较两组小鼠时,我们发现锥体神经元的AP阈值或放电频率没有差异(图2(j) -2(左))。锥体神经元中sEPSC的平均振幅、频率和累积分布在两组间也无差异(图2(米)- - - - - -2 (o)),表明锥体神经元的兴奋性在青春期未受影响。
3.3.青春期小鼠PFC整体蛋白组改变
用MK-801治疗PND 10会导致青少年行为异常和GABAergic功能减退,让人联想到精神分裂症。接下来,我们通过PFC的蛋白质组学分析研究了gaba能缺陷的分子基础(图3(一个)).我们用高技术( 而且 ,数字S2A-c)和样品间再现性( ,数字S2d).在鉴定的4833种蛋白质中,3222种蛋白质的CV为 并用于后续分析(图5)3 (b)).119个皮层蛋白差异表达(DEPs) ( 调整后 )在mk -801处理的小鼠中(图3 (c)而且3 (d)).值得注意的是,77%的dep被下调(92 down v年代.27向上,图3 (c)).他们的顶级基因本体(GO)功能涉及代谢过程的不同方面(图3 (e)).相比之下,我们没有发现上调蛋白的生物功能显著增强(数据未显示)。这些数据表明mk -801处理小鼠的青春期代谢过程受损。因此,我们假设在电生理记录中观察到的GABA传输减少可能与GABA相关代谢过程受损有关。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
3.4.蛋白质组学和单细胞测序的综合分析表明,代谢过程受细胞类型的影响不同
与gaba相关的代谢过程可能由不同的细胞类型共同调控。因此,我们将DEPs与小鼠单细胞测序数据(http://mousebrain.org)检查细胞类型的特异性功能改变。我们下载了他们皮层细胞类型中DEPs的表达值。我们使用层次聚类对DEPs表达最多的细胞类型进行分类。我们发现DEPs主要聚集成三种细胞类型:兴奋性神经元、中间神经元和胶质细胞(图4(一)).这些细胞参与代谢和发育过程的不同方面(图4 (b)而且4 (c),图S3a - b)。GABA水平降低是GABA功能减退的核心特征。氨基丁酸是一种天然氨基酸,在大脑中起抑制性神经递质的作用。有趣的是,我们发现在中间神经元和星形胶质细胞中富集的蛋白质都在氨基酸代谢过程中显著富集(图4 (b)而且4 (c)).此外,星形胶质细胞也参与离子运输,这可能与神经传递有关(图4 (c)).因此,我们进一步分析了参与两个细胞代谢过程的蛋白质。值得注意的是,我们发现其中6个与GABA信号有关,包括GAD65(编码谷氨酸脱羧酶65)、SYNPR(编码突触卟啉)、GAT3(编码钠和氯依赖的GABA转运体3)、SN1(编码钠偶联中性氨基酸转运体3)、DBI(编码酰基辅酶a结合蛋白)和CPT1A(编码肉碱o -棕榈酰基转移酶1)(见图)4 (d)).这些蛋白质要么来自星形胶质细胞,要么来自中间神经元,在mk -801处理的小鼠中都被下调。这些数据表明,由星形胶质细胞和中间神经元调节的GABA信号在青少年中受损。
(一)
(b)
(c)
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3.5.由中间神经元和星形胶质细胞共同调节的gaba能网络
我们进一步分析了这些GABA信号相关蛋白如何影响GABA能功能减退。我们发现GAD65、SYNPR、GAT3、SN1、DBI、CPT1A的表达之间具有显著的相关性(图1)5(一个)),表示它们在网络中的相互作用。因此,我们在蛋白质组学数据中探索了所有与gaba相关的蛋白质。我们发现GAD65、SYNPR、GAT3、SN1、DBI和CPT1A与其他GABAergic网络组件相互作用,如GAD67、GAT1、VGAT、PVALB和GLU5 (b)).然而,这些相互作用的成分在mk -801处理的小鼠中没有改变(图5 (b)).GABA是由谷氨酸由谷氨酸脱羧酶(GAD)合成的,GAD存在于GAD65和GAD67两个异构体中。GAD 65和67均在gaba能神经元中表达。我们用蛋白印迹法验证了GAD65的下调表达,结果与我们的蛋白质组学结果一致。然而,在mk -801处理的小鼠中,GAD67的表达没有改变(图5 (c)而且5 (d)).SYNPR在GABAergic神经元中也有表达。SYNPR与SNARE核心复合体相互作用,负责突触囊泡融合以调节GABA的释放[41].此外,DBI可作用于星形胶质细胞的线粒体,刺激神经甾体生物合成,可能调节GABA一个R (42)活动。GAT3是星形胶质细胞上发现的一种GABA转运体,用于重新吸收GABA和不活跃的GABA能信号[43].有趣的是,SN1也只在星形胶质细胞中表达。它需要从星形胶质细胞释放谷氨酰胺,并为GABA能神经元提供合成GABA的主要神经递质前体[44].此外,已知通过降低CPT1A可以减少GABA的释放[45].因此,这些蛋白的下调表明青少年GABA能神经元和星形胶质细胞共同调控GABA循环(合成、释放、终止和补充)受到抑制,这可以解释GABA能功能减退的分子机制(图)5 (e)).
(一)
(b)
(c)
(d)
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4.讨论
我们在PND 10上建立了NMDARs的短暂封锁,这足以诱导青春期小鼠的精神分裂症相关缺陷,如感觉门控制缺陷和社交和学习能力受损。青春期小鼠的GABA传递和PVI降低+电生理记录显示功能减退,提示gaba能缺陷,这是精神分裂症的病理特征,与先前NMDAR拮抗剂的研究一致[9,11].然后我们提出了皮质蛋白质组学评估和单细胞测序数据的组合分析。我们在全球范围内确定了由青少年NMDAR功能减退引起的gaba能缺陷的分子基础,这方面的研究以前很少。这样的基本概述可以为预防和干预提供gaba能拯救的潜在药物靶点。
比较鼠在新生期使用拮抗剂对NDMARs的慢性封锁,对PND 10的短暂封锁策略在诱导精神分裂症相关行为方面表现出类似的效果。PND 10是PVIs生理成熟的关键时期+[29].元太+是皮层gaba能神经元的主要群体,并微妙地控制兴奋/抑制平衡[46].PVIs的功能和分子损伤+常见于精神分裂症。元太+与锥体神经元相比,对NMDAR功能减退更为敏感[47,特别是在开发过程中[48],部分原因是其NMDARs在这一时期的表达高于成年[49].PVIs的遗传NMDAR消融+在新生儿期,而不是成年小鼠,赋予精神分裂症样表型[48,支持PVIs的敏感窗口+到NMDAR功能减退。因此,NMDARs对PND 10的短暂封锁可能改变了PVI的有序过程+成熟,导致后续的异常行为。我们的研究结果表明,NMDAR功能减退,即使是在新生儿发育的关键阶段的微小功能减退,也可能在以后的生活中产生放大的不良影响,强调了新生儿保健的重要性。
我们的研究发现PVIs的兴奋性受损+而不是他们的数量或PV免疫反应性。我们认为观察到的GABA传输减少可能与PVIs兴奋性降低有关+.PVIs的抑制作用+可能会降低锥体神经元的抑制输入强度[9,11];然而,在我们的研究中,我们发现锥体神经元的兴奋性没有受到影响。这可能是一种防止过度兴奋和细胞损伤的代偿策略。然而,还需要更多的研究来证实这些发现。
我们发现77%的替代蛋白在出生后MK-801治疗后在青春期下调。其中一些基因(如GLOT1、PLXAN2和TUBB5)先前与精神分裂症有关[50- - - - - -52].我们发现下调蛋白主要富集在一系列代谢过程中,其中兴奋性神经元、中间神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞受到不同程度的影响。中间神经元和星形胶质细胞的能量相关过程和氨基酸过程优先受到干扰。兴奋性神经元和少突胶质细胞的有机物质和氮代谢过程受到影响。这些差异可能与NMDARs在这些细胞类型上的不同功能有关。有研究表明MK-801可以影响少突胶质细胞中的糖酵解相关蛋白,但对神经元和星形胶质细胞的影响要小得多[53].
值得注意的是,我们发现多种gaba相关蛋白在青少年时期显著下调,包括GAD65、SYNPR、DBI、GAT3、SN1和CPT1A。这些分子参与GABA循环,包括合成、释放、再吸收和补充,以维持适当的GABA稳态。我们的发现表明了电生理记录中观察到的GABA能缺陷的分子基础,这可能是由于GABA稳态受损造成的。
gaba能神经传递包括阶段性抑制和紧张性抑制。前者受限于突触的经典泡泡释放GABA的调节,而强直抑制涉及到从突触溢出的GABA并激活突触外受体。GAD65显式位于轴突末梢,特别调节突触传递中GABA的泡泡释放[54].尽管均匀分布的胞浆GAD67产生大脑中约90%的GABA,用于细胞代谢和神经传递,但已有研究表明,GAD65通过谷氨酸盐将星形细胞谷氨酰胺转化为突触性GABA,对维持突触性GABA至关重要[55],尤其是在需求高峰期间需要大量的突触氨基丁酸[56,57,从而微调gaba能突触功能。此外,GAD65在维持紧张性抑制中也很重要[58],据估计,它是GABAergic传输的重要组成部分[59].有证据表明,强直性抑制在记忆、认知和精神分裂症中的关键作用[60].GAD65-/-小鼠表现出明显的脉冲前抑制缺陷[61].尽管死后研究一直显示精神分裂症受试者背外侧前额叶皮层GAD67表达较低,但在我们的研究中,我们并没有发现其如之前报道的交替。我们认为,GAD65而不是GAD67的缺陷可能是精神分裂症的发展特征。
星形胶质细胞包裹在神经元的突触前和突触后,对神经元网络产生深远影响[18].目前的数据支持星形胶质细胞在调节gaba能-星形胶质细胞动态通讯中的重要作用。星形胶质细胞调节GABA能突触的活性,通过GABA清除的高亲和力转运体调节突触的GABA含量,并为合成提供神经递质前体。我们的研究发现,这两个过程在青春期可以通过下调GAT3和SN1来减弱。除了星形细胞清除外,氨基丁酸也可以通过氨基丁酸转运蛋白1 (GAT1)摄取到突触前神经元中清除。然而,我们没有发现GAT1的交替表达,这表明在青少年时期神经元清除的过程没有受到干扰。另外,我们建议使用GABA一个星形胶质细胞中的R信号也可通过下调DBI而被抑制。DBI选择性敲除小鼠表现出某些形式的空间学习和记忆障碍[62].NMDARs在星形胶质细胞中表达量低。激活星形胶质细胞上的NMDARs可产生胞内钙信号。然而,它们在星形细胞神经元相互作用和神经传递中的作用尚不清楚。只有一项研究报道了海马区NMDARs的消融或阻断促进了兴奋性神经元的突触前抑制音[63].综上所述,我们认为gaba能神经元和星形胶质细胞相互调节的抑制网络在青少年时期受损,这可能是星形细胞nmdar依赖或独立的。
5.结论
本研究表明,产后短暂的NMDARs阻断会在青春期产生慢性行为和GABA缺陷。我们的研究结果揭示了一组下调的GABA相关分子,它们协同调节GABA循环的整个过程,包括GABA的合成、释放、再吸收和补充。尽管有针对GABA或其他靶点的研究在新药开发中,我们的发现提供了青少年GABA缺乏的全面观点,这方面的研究很少。此外,像SYNPR、SN1和CPTA1这样的分子作为药物靶点还没有得到很好的研究。因此,我们的研究为药物开发提供了更多的线索。
数据可用性
用于支持本研究结果的数据可根据要求从通讯作者处获得。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
作者的贡献
X.D.W.建立了小鼠模型,并进行了行为学、体外切片电生理学和图像分析。建立小鼠模型并进行实验。w.x.l进行了免疫印迹。Y.Y.M进行了图像计数。x.c画了原理图。t.x设计了这项研究,进行了蛋白质组学实验和数据分析,并撰写和编辑了论文。D.H.C.构思了这项研究、审查和编辑工作。
致谢
作者感谢袁提飞和罗燕嘉博士对论文的讨论,感谢黄兰亭、彭诗宇和吕鑫友博士对电生理学的指导。国家自然科学基金青年项目(81801324)、上海帆船项目(17YF141630)和国家自然科学基金项目(81671336)资助。
补充材料
图S1 PND 10上给药MK-801的小鼠在青春期表现出类似精神分裂症的行为。图S2:蛋白质组数据的质量控制。图S3:早期青春期小鼠差异表达蛋白的蛋白质组学和单细胞测序数据综合分析。补充方法信息:开放场测试,高架加迷宫测试,预脉冲抑制测试,嵌套行为测试和巴恩斯迷宫。(补充材料)
参考文献
- m·j·欧文,a·萨瓦,p·b·莫滕森,《精神分裂症》《柳叶刀》第388期。10039, pp. 86-97, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
- d·r·温伯格,"正常大脑发育对精神分裂症发病机制的影响"普通精神病学档案第44卷第4期。第7页,第660-669页,1987。视图:出版商的网站|谷歌学者
- O. Marin,《精神障碍治疗的发展时机和关键窗口》自然医学,第22卷,no。11, pp. 1229-1238, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
- g·d·霍夫曼和d·a·刘易斯,“灵长类动物前额皮质神经回路的出生后发展轨迹:识别易患精神分裂症的敏感时期”,精神分裂症的公告,第37卷,no。3, pp. 493-503, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
- B. Moghaddam和D. Javitt,“从革命到进化:精神分裂症的谷氨酸假说及其对治疗的意义”,神经精神药理学,第37卷,no。1, 2012年第4-15页。视图:出版商的网站|谷歌学者
- 林c.h.,陈友明,和H. Y. Lane,“最耐药精神分裂症的新疗法:NMDA受体和抗氧化剂的双重激活,”目前的药物目标第21卷第4期。6, pp. 610-615, 2020。视图:出版商的网站|谷歌学者
- H. Gunduz-Bruce,《NMDA拮抗剂的急性效应:从啮齿动物到人脑》脑研究综述第60卷,no。2, pp. 279-286, 2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. L. Lim, D. A. Taylor和D. T. Malone,“早期生活MK-801服用的后果:长期行为影响和与精神分裂症研究的相关性”,行为大脑研究第227卷,no。1, pp. 276-286, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
- E. Flores-Barrera, D. R. Thomases和K. Y. Tseng,“青春期接触MK-801会导致前额叶E-I平衡及其对恐惧消除行为的控制的持久破坏。”神经科学杂志,第40卷,no。25, pp. 4881-4887, 2020。视图:出版商的网站|谷歌学者
- C. Le Magueresse和H. Monyer,“GABAergic中间神经元塑造皮层的功能成熟,”神经元第77卷第1期。3, pp. 388-405, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
- 黄玉华,姜海江,郑庆庆等,“环境富集或选择性激活表达parvalbumin的中间神经元,改善青少年时期具有精神分裂症样行为的动物模型的突触和行为缺陷,”《分子精神病学》, 2021年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- 席东,张伟,王红霞,G. G. Stradtman,高文俊,“二佐西平(MK-801)诱导年轻成年大鼠前额叶皮层含parvalbumin中间神经元n-甲基- d -天冬氨酸受体亚基的明显变化,”国际神经精神药理学杂志,第12卷,no。10, pp. 1395-1408, 2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
- F. Donato, S. B. Rompani和P. Caroni,“经验诱导的表达parvalbumin的篮细胞网络可塑性调节成人学习”,自然,第504卷,no。2013年,第272-276页。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. R. Glausier, K. N. Fish和D. A. Lewis,“精神分裂症受试者背外侧前额叶皮层的parvalbumin篮子细胞输入改变,”《分子精神病学》,第19卷,no。1,第30-36页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学者
- T. Hashimoto, D. W. Volk, S. M. Eggan等人,“精神分裂症受试者前额皮质GABA神经元亚类的基因表达缺陷,”神经科学杂志第23卷第3期。15, pp. 6315-6326, 2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
- M. P. Vawter, J. M. Crook, T. M. Hyde等人,“精神分裂症患者前额叶皮层基因表达的微阵列分析:初步研究,”精神分裂症的研究第58卷第1期。第1页,第11-20页,2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. A. Curley, D. Arion, D. W. Volk等人,“精神分裂症患者谷氨酸脱羧酶67表达的皮质缺陷:临床、蛋白和细胞类型特异性特征,”美国精神病学杂志第168卷第1期。9,第921-929页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
- M. Ishibashi, K. Egawa,和A. Fukuda,“星形胶质细胞在GABAergic信号中的不同作用”,国际分子科学杂志,第20卷,no。12,页2964,2019。视图:出版商的网站|谷歌学者
- S. B. Siems, O. Jahn, M. a . Eichel等人,“健康小鼠和神经病变模型的外周髓鞘蛋白质组概况,”eLife, vol. 9, 2020。视图:出版商的网站|谷歌学者
- E. Ahrne, L. Molzahn, T. Glatter,和A. Schmidt,“蛋白质组范围内无标签绝对丰度估计策略的批判性评估”,蛋白质组学第13卷第1期。17, pp. 2567-2578, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. C. Silva, M. V. Gorenstein, G. Z. Li, J. P. C. Vissers和S. J. Geromanos,“用LCMS进行蛋白质的绝对定量E:,“分子和细胞蛋白质组学第5卷第5期。1,第144-156页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. Li和R. Tibshirani,“寻找一致的模式:识别RNA-Seq数据中的差异表达的非参数方法,”医学研究中的统计方法,第22卷,no。5, pp. 519-536, 2013。视图:出版商的网站|谷歌学者
- 高强,朱洪伟,董丽清等,“hbv相关肝细胞癌的综合蛋白基因组学特征,”细胞第179卷第1期。2,第561-577页。e22, 2019年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- P. Shannon, a . Markiel, O. Ozier等人,“细胞景观:生物分子相互作用网络集成模型的软件环境,”基因组研究第13卷第1期。11,页2498 - 2504,2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. Zeisel, H. Hochgerner, P. Lönnerberg等人,“小鼠神经系统的分子结构”,细胞第174卷,no。4,第999-1014页。E22, 2018, e1022。视图:出版商的网站|谷歌学者
- K. Nakazawa和K. Sapkota,《精神分裂症中NMDA受体功能减退的起源》药理学与治疗学,第205卷,第107426页,2020。视图:出版商的网站|谷歌学者
- H. Viberg,“在新生儿大脑生长突增期间暴露于多溴联苯醚203和206会影响对小鼠正常神经发育重要的蛋白质。”毒物学的科学第109卷第1期。2,页306-311,2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. A. del里约热内卢,L. de Lecea, I. Ferrer和E. Soriano,“小鼠新皮层中小白蛋白免疫反应性的发展”大脑研究。发育性大脑研究,第81卷,no。2,第247-259页,1994年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- T. Miyamae, K. Chen, D. A. Lewis和G. Gonzalez-Burgos,“小鼠前额叶皮层parvalbumin阳性神经元亚型的明显生理成熟,”神经科学杂志,第37卷,no。19, pp. 4883-4902, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. Vezzani, R. Serafini, M. A. Stasi等,“MK-801的动力学及其对喹啉酸诱发大鼠癫痫和神经毒性的影响,”药理学与实验疗法杂志,第249卷,no。1,第278-283页,1989。视图:谷歌学者
- B. Dyck, K. Guest, C. Sookram, D. Basu, R. Johnson和R. K. Mishra,“PAOPA, pro-亮氨酸甘氨酸酰胺的有效类似物和多巴胺的变构调节剂2受体,防止NMDA受体拮抗剂(MK-801)引起的大鼠社会交往缺陷:对治疗精神分裂症阴性症状的影响,”精神分裂症的研究,第125卷,no。1, pp. 88-92, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. Fredriksson和T. Archer,“与细胞凋亡神经退行性和ADHD易感性相关的神经行为缺陷”,神经毒性的研究第6卷第1期。6, pp. 435-456, 2004。视图:出版商的网站|谷歌学者
- R. J. Beninger, A. Jhamandas, H. Aujla等人,“新生儿暴露于谷氨酸受体拮抗剂MK-801:对大鼠性成熟前后运动活动和脉前抑制的影响,”神经毒性的研究,第4卷,no。5-6,第477-488页,2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. R. Burke和K. A. Miczek,“青春期的压力和药物滥用在啮齿类动物模型:多巴胺、CRF和HPA轴的作用”,精神药理学第231卷,no。8, pp. 1557-1580, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学者
- R. San-Martin, L. A. Castro, P. R. Menezes, F. J. Fraga, P. W. Simoes,和C. Salum,“用脉冲前抑制试验评估精神分裂症患者的感觉运动门控缺陷的元分析”,精神分裂症的公告第46卷第4期。6, pp. 1482-1497, 2020。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. N. Crawley,“设计与自闭行为相关的老鼠行为任务”智障与发育障碍研究综述第10卷第1期。4, pp. 248-258, 2004。视图:出版商的网站|谷歌学者
- C. M. Powell和T. Miyakawa,“啮齿动物模型中的精神分裂症相关行为测试:一种独特的人类疾病?”生物精神病学第59卷,no。12,页1198-1207,2006。视图:出版商的网站|谷歌学者
- R. W. Heinrichs和K. K. Zakzanis,“精神分裂症的神经认知缺陷:证据的定量回顾”,神经心理学,第12卷,no。3,第426-445页,1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. J. Saykin, D. L. Shtasel, R. E. Gur等人,“首次发作精神分裂症的抗精神病药初治患者的神经心理缺陷,”普通精神病学档案,第51卷,no。2,第124-131页,1994年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- c·a·巴恩斯,《与衰老相关的记忆缺陷:大鼠的神经生理学和行为学研究》,比较与生理心理学杂志,第93卷,no。1, 74-104页,1979。视图:出版商的网站|谷歌学者
- I. Singec, R. Knoth, M. Ditter等人,“突触囊泡蛋白突触卟啉在小鼠海马神经元亚群中表达不同,”比较神经学杂志,第452卷,no。2, pp. 139-153, 2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. Guidotti,“大脑中DBI及其翻译后加工产物在正常和异常行为中的作用”,神经药理学,第30卷,no。12,第1425-1433页,1991年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- 周宇宇和n.c. Danbolt,“大脑中的氨基丁酸和谷氨酸转运蛋白”,内分泌学前沿, 2013年第4卷。视图:出版商的网站|谷歌学者
- L. S. H. Nissen-Meyer和F. A. Chaudhry,“蛋白激酶C磷酸化系统N谷氨酰胺转运体SN1 (Slc38a3),并调节其膜运输和降解。”内分泌学前沿, 2013年第4卷。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. F. Mir, S. Zagmutt, M. P. Lichtenstein等人,“胃饥饿素通过减少皮质中脂肪酸氧化导致GABA释放下降。”分子神经生物学第55卷第5期。9, pp. 716 - 7228, 2018。视图:出版商的网站|谷歌学者
- H. Hu, J. Gan和P. Jonas,“快速尖峰,parvalbumin+GABAergic中间神经元:从细胞设计到微电路功能科学第345卷,no。6196, p. 1255263, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学者
- N. Picard, A. E. Takesian, M. Fagiolini和T. K. Hensch,“parvalbumin细胞中的NMDA 2A受体介导皮层活性的性别特异性快速氯胺酮反应。”《分子精神病学》第24卷第4期。6, pp. 828-838, 2019。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. E. Belforte, V. Zsiros, E. R. Sklar等人,“出生后皮质边缘中间神经元NMDA受体消融导致精神分裂症样表型,”自然神经科学第13卷第1期。1,第76-83页,2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
- 王海霞,高文杰,“大鼠前额叶皮层中间神经元中NMDA受体的细胞类型特异性发育”,神经精神药理学第34卷第4期。第8页,2028-2040,2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
- R. Mizutani, R. Saiga, A. Takeuchi等人,“精神分裂症神经突的三维变化”,转化精神病学第9卷第1期。1,第85页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- M. W. Breuss, A. H. Hansen, L. Landler和D. A. Keays,“致病性_Tubb5_ E401K等位基因的脑特异性敲进导致运动协调和脉冲前抑制缺陷,”行为大脑研究, vol. 323, pp. 47-55, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
- x.f Zhao, R. Kohen, R. Parent等人,“PlexinA2通过Rap1 GTPases前向信号转导调节齿状回发育和精神分裂症样行为,”细胞的报道,第22卷,no。2, pp. 456-470, 2018。视图:出版商的网站|谷歌学者
- P. C. Guest, K. Iwata, T. A. Kato等人,“MK-801治疗对少突胶质细胞糖酵解的影响大于星形胶质细胞和神经元细胞:对精神分裂症的洞察。”细胞神经科学前沿, 2015年第9卷。视图:出版商的网站|谷歌学者
- J. J. Soghomonian和D. L. Martin,“谷氨酸脱羧酶的两种异构体:为什么?”药理学发展趋势,第19卷,no。12,页500-505,1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. B. Walls, E. M. Eyjolfsson, O. B. Smeland等人,“GAD65的敲除对星形胶质细胞来源谷氨酰胺合成的突触氨基丁酸有重大影响。”脑血流与代谢杂志第31卷第1期。2, pp. 494-503, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
- N. Tian, C. Petersen, S. Kash, S. Baekkeskov, D. Copenhagen, R. Nicoll,“合成酶GAD65在控制神经元-氨基丁酸释放中的作用,”美国国家科学院院刊第96卷第1期。22,页12911-12916,1999。视图:出版商的网站|谷歌学者
- S. Y. Choi, B. Morales, H. K. Lee,和A. Kirkwood,“谷氨酸脱羧酶-65敲除小鼠视觉皮层中长期抑郁的缺失,”神经科学杂志,第22卷,no。13, pp. 5271-5276, 2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. B. Walls, L. H. Nilsen, E. M. Eyjolfsson等人,“GAD65是合成用于调节癫痫活动的强直抑制的GABA的必要条件。”神经化学杂志第115卷第1期。6, pp. 1398-1408, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
- M. C. Walker和A. Semyanov,“突触外GABAA受体对兴奋性的调节”,细胞分化的结果与问题2008年,第44卷,第29-48页。视图:出版商的网站|谷歌学者
- R. M. Hines, P. A. Davies, S. J. Moss和J. Maguire,《GABA的功能调节》一个神经系统病理中的受体。”神经生物学的最新观点,第22卷,no。3, pp. 552-558, 2012。视图:出版商的网站|谷歌学者
- S. A. Heldt, A. Green和K. J. Ressler,“GAD65敲除小鼠的脉前抑制缺陷和抗精神病治疗的效果”,神经精神药理学第29卷第4期。第9页,1610-1619,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学者
- A. L. Ujjainwala, C. D. Courtney, N. M. Wojnowski, J. S. Rhodes和C. A. Christian,“地西泮结合抑制剂敲除小鼠对多种形式的空间和情境记忆的不同影响,”神经科学研究杂志,第97卷,no。6, pp. 683-697, 2019。视图:出版商的网站|谷歌学者
- M. Letellier, Y. K. Park, T. E. Chater等人,“星形胶质细胞调节海马网络突触前强度的异质性,”美国国家科学院院刊第113卷第1期。19, pp. E2685-E2694, 2016。视图:出版商的网站|谷歌学者
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