PKMζ参与慢性刺激诱导ApoE2转基因鼠抑郁状态的神经环路形成

Clinical studies have shown the risk of depression disorder increases in the population with apolipoprotein E2 (ApoE2) gene, but the mechanism is not clear. PKMζ is an isomer of atypical protein kinase C (PKCs) subgroup. Recent studies have found the inhibitors of PKMζ inhibit the synaptic transmission and long-term potentiation(LTP). However, it remains unclear about the neural circuit of PKMζ affecting mood disorder. In the study, chronic unpredicted mild stress (CUMS) is used to establish rat depression model. Then we compare the incidence of depression behaviors in ApoE-KO and ApoE2/3/4-TR gene background rats separately to explore the susceptibility of ApoE2 transgenic rat to depression. To investigate the mechanism underlying the vulnerability of ApoE2 to depression, the excitatory/inhibitory synaptic transmission is measured by brain microdialysis and electrophysiological techniques in the brain areas (including the prefrontal cortex, amygdala, hippocampus, thalamus and hypothalamus) closely related with depression disorder. Then we examine the difference of PKMζ expression and function in neural circuit in the rat depression models with ApoE-KO/2/3/4 gene background. This study will help to establish a stable rat depression model based on ApoE gene background – chronic stress interaction, illustrate the mechanism of depression disorder and provide new targets for antidepressant drug development.

临床研究显示载脂蛋白E2(ApoE2)基因型人群可增加抑郁症发生的风险，但机制尚不明确。近年研究发现非典型蛋白激酶C异构体PKMζ的抑制剂可抑制突触传递和长时程增强形成，但PKMζ影响情感障碍神经环路的机制还不清楚。本项目拟通过慢性不可预见的温和应激诱导，以ApoE-KO和ApoE3/4基因型小鼠作为对照，观察ApoE2基因型小鼠抑郁状态的发生情况；结合脑片电生理和脑微透析技术，在“前额叶-杏仁核-海马-丘脑和下丘脑”神经环路层面，探讨慢性应激引起抑郁易感型ApoE2转基因鼠兴奋性/抑制性突触传递功能紊乱的机制；并借助分子生物学、电生理及行为学等方法，分析PKMζ在抑郁易感型ApoE2转基因鼠异常神经环路形成中的作用。本研究将为“ApoE遗传背景-慢性应激诱导”抑郁症小鼠模型的建立奠定基础，并有助于深入揭示抑郁症的发病机制，为新型抗抑郁药物研发提供新的靶点。

研究背景：临床流行病学调查发现，载脂蛋白E4（Apolipoprotein E4, ApoE4）可能增加老年人群患抑郁症的风险，但尚无实验室证据支持。本项目旨在观察ApoE4-TR小鼠对抑郁应激的易感性及增龄性的影响，并从糖代谢和GABAergic中间神经元的角度探讨ApoE4 增加抑郁易感性的可能分子机制。.研究内容：1、以人源ApoE靶向替换的小鼠（ApoE2-TR、ApoE3-TR、ApoE4-TR），观察不同月龄、不同ApoE基因型的小鼠对慢性不可预知温和刺激（CUMS）和强迫游泳（FST）导致的抑郁样行为的易感性差异。2、通过PET-CT观察糖代谢和ATP水平在ApoE4增加抑郁易感性中的作用及机制。3、观察前额叶皮质和海马内GABAergic中间神经元及其分泌的Reelin水平在ApoE4增加抑郁易感性中的作用。4、观察前额叶皮质和海马内PKMζ在ApoE4增加抑郁易感性中的作用。5、探讨早年时期应激，应激结束后对中年ApoE-TR小鼠学习记忆能力的影响，并探讨可能的分子机制。.研究结果：1、年轻ApoE2-TR、ApoE3-TR、ApoE4-TR小鼠在CUMS下抑郁样行为无明显差异；老年ApoE4-TR鼠出现自发抑郁样行为；中年鼠CUMS和或FST刺激后，ApoE4-TR鼠与对照组比较更容易出现抑郁样行为。2、应激刺激后，中年ApoE4-TR小鼠相关脑区5-ht1A、糖代谢和ATP水平明显下降。3、应激刺激后，中年ApoE4-TR小鼠前额叶皮质和海马区GABAergic interneuron 数量及其分泌的Reelin水平明显减少、Reelin-Fyn-NMDAR信号通路活化下降，同时伴随突触体PSD95和磷酸化PKMζ的表达下降。4、早期的CUMS干预结束后导致中年ApoE4-TR小鼠出现视空间学习记忆能力下降，其机制与ApoE4下调Reelin-Fyn-NMDAR信号的表达有关。.研究意义：本项目从动物水平揭示了ApoE4年龄依赖性的增加抑郁的易感性，为临床流行病学“ApoE4可增加老年人群患抑郁症的风险”提供了有力的实验室证据。本研究发现ApoE4通过降低能量代谢水平、减少GABAergic中间神经元及Reelin表达，从而增加抑郁的易感性，该结论进一步补充说明了能量代谢和GABAergic中间神经元异常学说在抑郁症发病过程中的重要性。