星形胶质细胞谷氨酸转运体GLT-1介导海马重塑障碍参与卒中后抑郁的机制研究

Our previous study observed that rat with post-stroke depression showed hippocampal neurogenesis, accompanied with the significantly increased ratio of astrocyte differentiation. However, the pathological mechanism remains unclear. Latest research proposed that a glial cells-neurotransmitter transduction couples between cells in brain to affect the neuronal plasticity. Astrocyte glutamate transporter GLT-1-mediated glutamate-glutamine cycle is one of the most important ways in the metabolic coupling between glial and neuronal. Nevertheless, we still do not know whether excessive mobilization of astrocytes has a particular significance in mediating PSD pathogenesis, and whether hippocampal neurogenesis affected by GLT-1 is involved in this process. We aim to focus on the above core issues through observe the functional status of glutamate-glutamine cycle in hippocampus astrocyte and its relationship with the newborn neurons injury/synaptic plasticity. This study will further reveal the astrocytes and GLT-1-mediated hippocampal neurogenesis related mechanisms of PSD, and try to elucidate the role played by astrocyte mobilization in pathological state. We believe the results will provide molecular mechanisms of higher nervous activity-affective disorder in disease states with new enlightenment and evidence.

我们前期研究结果表明，拟卒中后抑郁（PSD）模型大鼠海马重塑出现障碍的同时，星形胶质细胞方向分化比例却显著增加，其病理学意义尚不清楚。最新研究表明，胶质细胞-递质传导成为脑内细胞间的偶联方式并影响神经重塑。星形胶质细胞谷氨酸转运体GLT-1介导的谷氨酸-谷氨酰胺循环正是胶质和神经元间代谢偶联最重要的途径之一。星形胶质细胞出现过度动员是否在介导PSD发病中具有特定的病理学意义？是否通过GLT-1影响海马重塑过程？本课题将围绕以上核心问题，分别在在体和离体水平，通过分析海马星形胶质细胞谷氨酸-谷胺酰胺循环的功能状态及其与新生神经元损伤/突触可塑性变化的关系，进一步揭示星形胶质细胞及其GLT-1介导海马重塑障碍参与PSD的机制，以期最终明确疾病状态下星形胶质细胞动员的功能意义，并将为探讨疾病状态下高级神经活动－情感障碍的分子机制提供新的思路和证据。

背景：慢性不可预见性刺激（chronic unexpected mild stress，CUMS）抑制海马再生神经元突触重塑可能与卒中后抑郁（post-stroke depression，PSD）的发生相关。星形胶质细胞在突触处摄取谷氨酸并为临近神经元提供代谢支持。目前，我们研究CUMS是否通过星形胶质细胞谷氨酸转运体（glutamate transporter, GLT-1）抑制缺血性卒中大鼠神经元的突触重塑。.方法：本研究分别通过在体上调卒中后抑郁模型鼠GLT-1（腹腔注射头孢曲松钠，GLT-1激动剂）和离体下调星形胶质细胞GLT-1的表达（慢病毒沉默）来明确星形胶质细胞GLT-1的影响，以及通过免疫荧光和质谱分析来探索GLT-1对谷氨酸循环的调节作用，并通过Western blot和透射电镜观察其对突触重塑的影响。.结果：在体实验中，CUMS显著降低缺血性卒中模型鼠海马区星形胶质细胞GLT-1的水平（p<0.05），导致突触周围星形胶质细胞摄取谷氨酸的能力降低（p<0.05），海马齿状回突触素表达减少（p<0.05）。海马齿状回突触的超微结构变化主要包括负向弯曲（笑形突触）比例的降低、突触后致密物厚度的降低、突触囊泡数量的降低以及突触间隙平均距离的增宽（p<0.05）。此外，头孢曲松钠可以通过上调星形胶质细胞GLT-1（p<0.05）促进谷氨酸代谢和突触重塑（p<0.05），从而改善CUMS诱导卒中模型鼠产生的抑郁样行为（p<0.05）。离体实验中，CUMS干预卒中大鼠星形胶质细胞与神经干细胞共培养7天后，虽然星形胶质细胞有所增加，但是其GLT-1的表达减少（p<0.05），同时神经干细胞来源的神经元之间的突触形成减少（p<0.05）。进一步沉默GLT-1后，虽然神经干细胞来源的神经元有所增加，但突触形成的减少更为显著（p<0.05）；而神经干细胞来源的星形胶质细胞GLT-1的表达增加（p<0.05）。与此同时，培养液中的谷氨酸浓度升高（p<0.05），谷氨酰胺浓度逐渐降低（p<0.05）。.结论：本研究表明CUMS通过下调星形胶质细胞谷氨酸转运体GLT-1抑制缺血性卒中模型鼠海马神经元的突触重塑，神经干细胞来源的星形胶质细胞所表达的GLT-1有可能也参与了谷氨酸代谢。