涉及5-HT系统代谢紊乱的组蛋白乙酰化调控与抑郁症发病相关的实验研究

Depression is a common mental disorder and the pathogenesis is still not entirely clearly. In recent preclinical and clinical studies suggest that epigenetic changes are also responsible for depression. The histone acetylation is one of the most commonly epigenetic changes, which concentrates on the chromosomal matrix and modulates the relative gene expression. Our primary study found that depressive rats-induced by chronically unpredicted stress (CUS) showed obvious changes of histone acetylation and abnormal expression of 5-HT synthetic enzyme and its transporter. Owing to the fact that hippocampus is a key modulation region of affection and 5-HT level is associated with up and down-affection, we suggest that decreasing of histone acetylation in cortex and hippocampal may be resposible for development of depression owing to the interference of brain function at the levels of gene transcription, translattion, and protein decoration of serotonin transmitter system. For this reason, we are going to establish a depression rat model by CUS and observe the histone acetylation level, expression of tryptophan hydrogenases, serotonin transporter, indoleamine 2, 3-dioxygenase, monoamine oxidase A for investigating the mechanism of depression development involved in stress. The results may be uncover the depressive mechanism related to stress and provide new targets for the prevention and treatment of depression.

近年研究发现，表观遗传学改变与抑郁症发生密切相关。组蛋白乙酰化是表观遗传学修饰的重要形式之一，高乙酰化组蛋白聚集于活性染色质功能区，有利于下游基因的转录和表达。我们的前期研究结果发现，不可预见刺激诱导的抑郁症大鼠海马出现明显组蛋白乙酰化改变并涉及5-HT转运体和合成酶的表达异常。鉴于海马是关键的情感和学习记忆调节区及5-HT水平对情感涨落的重要影响，我们提出，应激致抑郁行为可能与大脑皮层和海马组蛋白乙酰化水平降低，影响下游5-HT系统代谢相关基因的表达有密切关系。本项目以不可预见刺激建立大鼠抑郁症模型，观察抑郁症形成和终止刺激后恢复过程中，皮层和海马组蛋白乙酰化水平、5-羟色氨酸羟化酶、5羟色胺转运体、吲哚胺2,3双加氧酶、单胺氧化酶A的表达，从5-HT合成和代谢两方面探讨涉及应激致抑郁症的5-HT机制和与组蛋白乙酰化的可能关系，以期为抑郁症防治提供新的靶点。

抑郁症是一种常见的精神障碍类疾病，其发病机制复杂，迄今仍未得到明确阐明。近年来研究显示，基因修饰功能的表观遗传学改变也可能参与了抑郁症的发生。组蛋白乙酰化修饰是表观遗传学研究的重要组成部分之一，与基因活化密切相关。组蛋白乙酰化水平增高利于转录因子与（DNA）结合继而促进相应基因的转录和表达，而乙酰化水平降低则发挥相反的作用。组蛋白乙酰化修饰由组蛋白乙酰化酶（HAT）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）共同调控。基础和临床研究均发现组蛋白乙酰化水平降低与抑郁症的发生密切相关，但尚缺乏系统研究。.本研究以孤养结合慢性不可预见刺激（CUS）建立大鼠抑郁症模型，观察抑郁症大鼠脑内HDAC、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CBP）、组蛋白乙酰化水平、5-羟色氨酸羟化酶2（TPH2）、吲哚胺2,3双加氧酶（IDO）、单胺氧化酶（MAO）的表达变化，应用CHIP-PCR法研究组蛋白乙酰化水平改变与TPH2基因表达的关系，并测定组蛋白去乙酰化抑制剂丙戊酸钠（VPA）干预后相关指标的变化情况。研究结果显示，抑郁症大鼠脑内HDAC2、HDAC5、IDO和MAO-A显著升高，CBP、TPH2表达显著降低，乙酰化组蛋白H3、H4水平均显著降低，涉及的具体位点有acH3K14、acH3K23、acH4K5、acH4K16，提示抑郁症大鼠脑内组蛋白乙酰化修饰水平降低和5-羟色氨递质系统功能紊乱密切相关；进一步采用CHIP-PCR研究发现组蛋白乙酰化水平降低与TPH2的表达下降有显著相关性，提示低组蛋白乙酰化修饰可通过抑制TPH2基因转录和表达，继而导致脑内5-HT水平降低而参与抑郁症的发生。组蛋白去乙酰化酶抑制剂VPA干预后，抑郁症大鼠抑郁行为显著改善，TPH2、CBP表达显著升高、HDAC表达显著降低、组蛋白H3、H4乙酰化水平显著增高；CHIP-PCR研究显示VPA抗抑郁作用可能与其上调组蛋白乙酰化修饰水平、促进TPH2基因转录和表达、继而升高脑内5-HT递质水平密切相关。本研究结果提示组蛋白乙酰化修饰异常在抑郁症发生中具有重要意义，可为抑郁症的防治提供新的研究方向和靶点。