青少期社会隔离诱发大鼠拟精神分裂症认知功能障碍的BDNF表观遗传学机制研究

In recent years, studies have confirmed that interaction of genes, environmental factors, and developmental stages is important in the etiology of schizophrenia. Based on animal model of schizophrenia-like cognitive dysfunction induced by adolescent social isolation of rats, combined with animal behavioral, molecular biological and electric physiological methods, we will investigate the BDNF epigenetic mechanism of cognitive dysfunction induced by adolescent social isolation and the related DA-cAMP-PKA-CREB-BDN molecular network mechanism in prefrontal cortex, neuleus accumbens and hippocampus. We also explore the new anti-schizophrenia drug based on epigenetic regulation, and the molecular mechanism of BDNF epigenetic modulation in the development of schizophrenia from the behavioral to genetic and molecular level, promote the neuro-developmental mechanisms of cognitive impairment in schizophrenia research to a new stage.

近年来的研究证实，基因、环境因素以及发育阶段的相互作用是精神分裂症重要的病因学机制。本项目利用已建立的青少期社会隔离的拟精神分裂症认知障碍动物模型，综合运用动物行为学、分子生物学及电生理学等研究手段，深入观察青少期社会隔离诱发大鼠认知功能障碍的BDNF表观遗传学机制，以及与此相关的前额叶、伏隔核和海马内的DA-cAMP-PKA-CREB-BDNF分子网络机制，并从表观遗传学调控的角度开展新型抗精神分裂症药物的研究，以此从行为、基因、分子水平上深入地探讨BDNF表观遗传学调控在精神分裂症认知功能障碍发生发展中的分子机制，从而将精神分裂症认知障碍的神经发育机制研究发展到一个崭新的阶段。

本项目首先发现，青少期社会隔离（出生后21-34天）和母婴分离（出生后1-21天，4小时/天）能诱发大鼠的前脉冲抑制（prepulse inhibition, PPI）和Morris水迷宫颠倒学习能力的显著异常，即建立了大鼠的拟精神分裂症的认知功能障碍动物模型。其次，进一步的生化分析发现，隔离大鼠表现出内侧前额叶内BDNF蛋白，BDNF mRNA及其启动子区与Acety-H3结合水平显著增高，以及海马内BDNF蛋白，BDNF mRNA及其启动子区与Acety-H3结合水平显著降低；慢性氯氮平注射可逆转由青少期社会隔离诱发的PPI损伤，并显著改善隔离大鼠内侧前额叶内的BDNF mRNA的异常升高。此外，母婴分离显著增加了大鼠海马的BDNF蛋白表达，降低了成年早期动物内侧前额叶BDNF蛋白的表达，慢性阻断内侧前额叶皮质BDNF受体显著提高了大鼠的反转学习能力，海马注射BDNF一定程度的提高了大鼠的空间学习和颠倒学习能力，同时降低了大鼠内侧前额叶皮质BDNF蛋白的表达。最后，结合蛋白组学和转录组测序分析，发现隔离组动物前额叶共有124种蛋白质表现出显著差异，其中显著上调的是42种蛋白质而显著下调的是82种蛋白质，进一步的GO分析发现，这些差异蛋白主要参与的是神经系统发育、神经胶质细胞的生长和发育等功能； Western blot重复验证证实了GFAP, ANXA2 and VIM三种蛋白质含量在隔离组动物的显著增高。RNA-seq技术筛选到944条差异表达基因，其中有748条基因表达显著下调，196条基因表达显著上调。进一步的GO分析发现，差异基因主要富集到氧化磷酸化、糖酵解水平上调，缺氧因子信号通路激活，表明前额叶处于缺氧、能量代谢增加的状态。