小胶质细胞的激活途径对神经发生的影响及其在抑郁症病理中的意义

发布时间：2020-07-06 12:22

【摘要】：抑郁症是一种基因与环境交互作用所致的系统性疾病,该疾病的病因复杂,而且有着很强的异质性,因此,抑郁症的发病机制尚不清楚。全球科学家分别从神经环路、单胺递质、神经发生、表观遗传等角度对其病理机制进行了深入探索,尽管在抑郁的治疗方面也取得了长足的进步,然而,现有的抗抑郁药物还有很大的改善空间。在开发快速、安全、有效的抗抑郁药物之前,迫切需要弄清抑郁症的分子机制。本研究中,我们以慢性温和应激的小鼠作为抑郁模型,研究小胶质细胞的不同激活途径在抑郁症发生中的作用,并进一步探究其作用机制。首先,我们采用系统的行为学检测,从慢性温和应激的小鼠中筛选出了应激高敏感小鼠和应激低敏感小鼠。并检测了多个脑区中的神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的形态学变化。我们发现在应激易感型小鼠的海马中,小胶质细胞表现出明显的激活特征,而且海马中小胶质细胞的激活与抑郁症状呈正相关。这一结果表明小胶质细胞参与了抑郁症的调节。我们进一步确定了海马的CA1和DG这两个亚区的小胶质细胞在应激易感的小鼠中表现出显著的激活状态。结合qPCR、ELISA和免疫组织化学染色等技术,我们揭示了应激易感性与海马区的小胶质细胞的M1型激活呈正相关,与小胶质细胞的M2型激活呈负相关。IL-4是诱导M2型小胶质细胞的最主要的细胞因子之一,我们的研究结果表明IL-4的表达水平在应激易感型的小鼠的海马中显著减少,但在应激抵抗型的小鼠海马中显著增加。通过相关性分析后,我们发现应激的易感性与海马区IL-4信号的减弱有关。为了证实这一发现,我们建立了Cre/LoxP系统,成功在海马区特异性敲低小胶质细胞的IL-4受体,并证明下调海马区小胶质细胞的IL-4受体能够加重应激小鼠海马区的炎症反应,同时能够增加小鼠对应激的易感性。这些发现揭示了海马区的IL-4在抑制M1型小胶质细胞及调节应激易感性中发挥了重要作用。其次,我们构建了AAV-IL-4腺相关病毒载体,采用脑立体定位注射将AAV-IL-4注射到抑郁小鼠的双侧海马,检测结果表明AAV-IL-4在小鼠的海马区能够稳定表达,同时能够改善小鼠的抑郁样行为。我们进一步从分子、细胞及组织学上揭示了海马区的IL-4能够诱导小胶质细胞向M2a表型激活,这种小胶质细胞能够抑制M1型小胶质细胞的活化。如果用Cre/LoxP系统特异性敲低海马区小胶质细胞的IL-4受体,会减少了IL-4诱导的M2a小胶质细胞数量,同时阻断对M1小胶质细胞的抑制作用,最终阻断了IL-4的抗抑郁效果。这些结果表明了IL-4的抗抑郁效果依赖于海马区的M2a型小胶质细胞。然后,我们进一步探索了IL-4诱导的M2a型小胶质细胞的抗抑郁机制,通过免疫组织化学染色,我们发现抑郁小鼠的海马神经发生显著减少,同时伴随着海马的萎缩。相关性分析结果表明,抑郁样行为与海马神经发生的减少紧密相关。在抑郁小鼠的海马中上调IL-4的水平能够增加增殖的神经前体细胞数量,同时能够促进神经前体细胞的分化、存活和成熟,最终修复了应激导致的海马萎缩。若采用替莫唑氨抑制海马的神经发生,IL-4的抗抑郁效果会被抑制,表明IL-4的抗抑郁作用是通过促进海马的神经发生。若敲低海马区小胶质细胞的IL-4受体,能够阻断IL-4的促神经发生作用,表明IL-4的促神经发生作用依赖于小胶质细胞。为了进一步证实这一发现,我们从小鼠的海马中分离出小胶质细胞和神经干细胞做体外研究,采用transwell和条件培养研究小胶质细胞激活途径与神经干细胞的相互关系,研究结果表明,从抑郁模型小鼠的海马中分离出的小胶质细胞能够抑制神经干细胞增殖、分化和迁移,然而,从AAV-IL-4注射的抑郁小鼠的海马中分离出的小胶质细胞能促进神经干细胞的增殖、分化和迁移,并且小胶质细胞主要是通过非接触依赖的方式来影响神经干细胞。我们在原代培养的细胞实验中进一步证明了IFN-γ诱导的M1型小胶质细胞会抑制神经干细胞的增殖、分化和迁移,而IL-4诱导的M2a型小胶质细胞能促进神经干细胞的增殖分化和迁移。这些结果表明IL-4的抗抑郁作用主要通过诱导M2a型的小胶质细胞来促进神经发生,从而改善抑郁样行为。最后,我们探究了M2a型小胶质细胞的促神经发生机制。在体内实验中,我们发现,抑郁小鼠的海马中BDNF水平显著降低,借助腺相关病毒上调IL-4的表达能够显著增加海马中BDNF的表达。通过免疫组织化学染色,我们发现IL-4介导的BDNF主要表达在M2a型的小胶质细胞上。敲低海马区小胶质细胞IL-4受体能够减少BDNF阳性的小胶质细胞数量。相关性分析结果表明BDNF阳性的小胶质细胞数量与神经发生呈正相关。这些结果表明了IL-4通过诱导M2a的小胶质细胞来促进BDNF的分泌,从而起到促神经发生和抗抑郁作用的。我们采用体外实验验证了M2a型小胶质细胞分泌的BDNF在促进神经干细胞增殖、分化、存活和迁移中的作用。我们用BDNF的中和抗体或BDNF的受体拮抗剂阻断BDNF信号,发现M2a小胶质细胞的促神经发生作用能够被有效阻断。揭示了IL-4诱导的M2a型小胶质细胞促进神经发生是依赖于BDNF。综上所述,海马区M1型的小胶质细胞激活在抑郁症的发生和发展过程中起了很重要的作用,它通过增加分泌炎症介质,损伤海马的神经发生,导致海马功能异常,从而启动或加重了抑郁症的生理病理;而IL-4诱导的M2a型的小胶质细胞能够保护大脑免受应激的损伤,这种保护机制包括两个部分:一方面,M2a型的小胶质细胞分泌抗炎介质,抑制小胶质细胞在应激时向M1型极化,减少了促炎性细胞因子的增加;另一方面,M2a型的小胶质细胞增加神经营养因子的分泌,促进海马的神经发生和组织重构,其中BDNF在这个过程中起到关键性的作用。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R749.4;TN911.7
【图文】：

应激,抑郁症

1.1 小胶质细胞介导的神经炎症与抑郁症1.1.1 抑郁症与炎症抑郁症一种情感障碍性疾病，以显著而持久的心境低落为主要特征。临床症状主要表现为：睡眠障碍、情绪低落、快感缺失、认知损伤，严重患者会产生自杀企图或行为,甚至发生精神木僵；部分患者会表现出明显的焦虑和极端行为的症状；重度患者会出现幻觉、妄想等精神病性症状。随着社会竞争的日趋激烈，以及来自学习和工作或家庭的持续不断的压力，抑郁症的发病率呈逐年增加趋势，且发病年龄日渐年轻化。目前，抑郁症已经跻身为世界第四大疾病，初步估计，到2020年抑郁症可能成为第二大疾病[1]。抑郁症给患者及其家属造成了巨大的痛苦，也给社会带来沉重的经济负担。重度抑郁症已经被认为是一个严重的公共卫生问题，据统计，抑郁症影响着全球大约 3 亿 5 千万人[2]。此外，每年大约有百万人因此而自杀，这意味着每天约有 3000 人死于抑郁症。

功能图,免疫系统,中枢,突触

第一章绪论胞身上，这些细胞分别是小胶质细胞，星形胶质细胞和肥大细胞[13]。肥大细胞是大脑内的原驻细胞，能通过释放促炎症因子来招募和激活其他免疫细胞[14]。星形胶质细胞通过产生促炎和抗炎细胞因子，补体，趋化因子来参与大脑内的免疫应答[12]。尽管有各种各样的细胞参与大脑内炎症的产生，但小胶质细胞是大脑内神经炎症的主要调节者和释放者，因此研究小胶质细胞与神经炎症的关系是目前研究的热点[15]。

类型,小胶质细胞,细胞,精氨酸酶

电子科技大学博士学位论文质细胞细胞向 M2（特别是 M2a）表型转化[20]。M2a 小胶质细胞表达精氨酸酶-1（Arg-1），Ym1，CD36，CD163 和 CD206，抑制 M1 小胶质细胞细胞介导的炎症[21]。虽然有研究指出三种不同的 M2 小胶质细胞细胞表型（M2a，M2b 和 M2c），但这些 M2 表型的小胶质细胞表现出一系列可塑的功能状态，而不是一组离散的活化状态[22]。

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