多种抑郁大鼠模型海马代谢物谱差异分析及CUMS模型海马整合组学研究

发布时间：2020-08-25 18:51

【摘要】：背景抑郁症是一组以显著而持久的心境低落为主要临床特征的重大精神疾患,具有高患病率、高复发率和高致残率的特点。随着现代社会生活节奏的加快和竞争压力的增加,其发病率呈逐年上升趋势。因此,加强抑郁症的防治和发病机制研究意义重大。抑郁症是基因与环境交互影响的多因素疾病,伴随大量分子及通路的异常改变,其病理机制极为复杂。应激是抑郁症发病的重要诱发因素。既往研究发现,不同类型的应激事件可以通过不同的分子路径,引起不尽相同的临床表现和药物反应。因此,比较不同抑郁症应激动物模型脑分子改变的异同,可能成为抑郁症分子机制研究的新视点和突破口。近年来,组学技术广泛应用于多种疾病的分子机制研究,其在探索复杂生物系统的分子表达谱、生物标志物和病理生理机制方面具有重要作用。然而,随着抑郁症单一组学数据的大量积累,许多研究结果并不一致,导致其解释十分困难。因此,多组学整合分析成为趋势和热点,其中代谢-蛋白组整合分析是最常用和有效的方式之一。本研究以海马这一情绪障碍经典脑区为研究靶点,探讨四种常见的抑郁症大鼠应激模型差异代谢物谱的异同,并进一步聚焦慢性不可预知温和刺激(CUMS)模型,运用代谢-蛋白组整合分析的方法探索抑郁症发病的分子机制,为寻找新的抗抑郁药物靶点提供依据。目的1.构建CUMS、习得性无助(LH)、慢性束缚(CRS)、社会挫败(SD)四种常见的抑郁症大鼠应激模型,分别与对照组比较探索各模型大鼠海马代谢物谱的改变。2.分析比较四种模型差异代谢物的异同,探讨不同应激诱导的抑郁症分子机制差异。3.以CUMS这一经典抑郁模型为研究对象,探索其引起海马蛋白质谱的改变,并对差异代谢物和差异蛋白数据进行整合分析,为抑郁症发病机制和新药靶标的研究提供依据。方法1.同时构建CUMS、LH、CRS、SD四种模型及其相应的对照组,通过糖水偏好试验筛选应激敏感大鼠。造模结束后采用糖水偏好试验、强迫游泳试验、旷场试验、高架十字迷宫试验测量大鼠的抑郁和焦虑样行为。2.采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术检测各模型及其相应对照组海马的代谢物谱,筛选各模型的差异代谢分子。采用Matlab软件进行四种模型差异代谢物的聚类分析和热图绘制,使用IPA软件进行分子通路和互作网络分析,探讨各模型分子改变的异同。3.采用同位素相对标记与绝对定量(iTRAQ)蛋白质组学技术检测CUMS模型及对照组海马的蛋白质谱,筛选差异蛋白质。此后运用IPA和IMPaLA工具对CUMS模型差异代谢物和差异蛋白进行整合分析,挖掘代谢、蛋白改变一致的分子通路。结果1.与对照组相比,CUMS、CRS、SD大鼠体重增长显著减慢;所有模型刺激组大鼠糖水偏好均显著降低、强迫游泳静止时间均显著增加;CUMS大鼠在旷场试验中运动总距离和站立次数显著减少,在高架十字迷宫试验中开臂停留时间显著缩短。2.四种模型的代谢组学结果显示,CUMS、LH、CRS、SD大鼠与相应对照组相比,分别发现30、24、19、25种差异代谢物。聚类分析结果显示,四种模型的代谢改变可分为2种模式,且此分类与四种模型刺激的类型相一致。模式1包括CUMS和LH模型,可能代表躯体应激;模式2包括CRS和SD模型,可能代表心理应激。3.四种模型差异代谢物的生物信息学分析显示,躯体应激主要影响脂质代谢和谷氨酸代谢,而心理应激主要与细胞间信号转导、细胞增殖和神经发育有关。四种模型有9种共同的差异代谢物,主要涉及细胞增殖和神经发育功能,且此9种物质在躯体应激和心理应激模型海马中的变化方向完全相反。4.CUMS与对照组的蛋白组学分析鉴定出170种差异蛋白。代谢-蛋白整合分析发现:(1)CUMS大鼠氨基酸代谢、蛋白合成/降解功能异常;(2)谷氨酸、甘氨酸神经递质及其转运蛋白调控异常;(3)脂肪酸、甘油磷脂及其相应的代谢酶调控异常;(4)突触相关蛋白表达异常。结论1.四种模型均诱导大鼠产生显著的抑郁样行为,但只有CUMS模型诱导大鼠产生焦虑样行为。2.躯体应激和心理应激可在大鼠海马中引起不同的代谢改变,躯体应激主要影响脂质代谢和谷氨酸代谢,而心理应激主要与细胞信号转导、细胞增殖和神经发育有关。3.四种模型共同的差异代谢物主要涉及细胞增殖和神经发育功能,且躯体应激和心理应激对此共同通路的作用相反。4.CUMS模型代谢-蛋白组整合分析揭示,抑郁症的发病与氨基酸、脂质代谢紊乱和突触功能异常有关。该结果将为抑郁症的发病机制研究和新药研发提供重要依据。
【学位授予单位】：重庆医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R749.4;R-332
【图文】：

正态分布,时间表,动物实验

将１４０只ＳＤ大鼠随机分为四组，每组３５只，分别用于四种模型和其相应对逡逑照组。在经基线筛选后，每种模型按照２：１的比例分为实验组和对照组，四种模型逡逑刺激周期统一安排为３周，刺激结束后进行行为学测试。时间安排见图１，具体操逡逑作如下：逡逑适应期逡逑＾￣＾邋＾逦邋造模期邋逦？逡逑Ｄａｖｌ邋Ｉ邋ＩＩ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋１邋Ｉ邋Ｉ逡逑０逦７逦１４逦２１逦２８邋Ｙ邋３５逡逑ＢＷ，ＳＰＴ邋ＢＷ，ＳＰＴ邋ＢＷ，ＳＰＴ逡逑ＢＷ，ＳＰＴ，ＬＡＴ逦ＯＦＴ逡逑ＥＰＭ逡逑ＦＳＴ逡逑取样逡逑图１动物实验时间表逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１邋Ｓｃｈｅｄｕｌｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｎｉｍａｌ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑第１－３天：无干扰适应环境；逡逑第５－６天：双瓶水（一瓶１％蔗糖水，一瓶清水）适应４８ｈ；逡逑第７天：糖水偏好ｌｈ基线测试、自发活动基线测试、体重称量。根据糖水偏逡逑好和自发活动测试结果的９５％参考区间（正态分布数据）或９５％百分位值（非正逡逑态分布数据），排除部分先天异常的大鼠，此后将各模型随机分为实验组和对照组。逡逑２４逡逑

色谱图,总离子流,色谱图,模型

２．２色谱图检查逡逑对所有样本的总离子流色谱图（ＴＩＣ）进行可视化检查，发现所有样本的仪器逡逑分析结果信号强、峰容量大且保留时间重现性好。图４－图７分别展示了四种模型逡逑及其对照组每组一个样本的典型总离子流色谱图。逡逑。＿＿邋＇Ｉ．．．．邋】Ａ邋ｊｊ＿邋ｔ邋｜ａ邋ｉ邋．邋１１逦ＬＪＵ－ｖＡａ．邋．ｉ＿＞邋ｉ逦．１逦ｌ逦＿邋ｉ逦（逦逡逑Ｔｋｎ？ａ邋（ｍｔｉｕｔｔｕｏ６．６４５６０７逦ｌＯ逦１３．３３３３逦１６．２０逦２３．３３３３逦２６．６６６７逦３Ｄ逡逑。」？１NB，；．ｌ．Ｊ逦ＵＬｊｕＡ邋＞邋？－邋－－邋■邋ｔ逦．．邋Ｉ．Ｉｊ．ｉｉ，一，＿ｉＬ逦．邋．！逦Ｉ逦，逡逑＊Ｔ＾ＴＷ邋ＣｍｔｎｕｔｅｅＯＣｉ．ｔｆＭＭＭＫ／逦ｌＯ逦１３．３３３３逦１０－？００７＿逦２０逦２３．３３３３逦３０逡逑图４邋ＣＵＭＳ模型及对照总离子流色谱图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋４邋Ｔｏｔａｌ邋ｉｏｎ邋ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｍ邋（ＴＩＣ）邋ｏｆ邋ＣＵＭＳ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｒａｔ逡逑Ｊ邋＾邋－逦．』，ｊｌ邋．卜…，１邋．邋＾邋ｌｉ邋Ｌ邋，邋，邋１邋．邋Ｉ邋？．邋Ｉ．邋Ｉ邋．邋ｊ．邋，ｉ＿邋ｊｊ逦邋ｆ邋ｌｉ邋．邋．．逦｜邋．逦．１邋ｌ邋逦邋，逦ｊ逦＾逦逡逑Ｔｔｎａ邋Ｃｍ＞ｌｌｌｌＭ＞０．ｅｅｅ６７逦Ｕ＞逦１３．３３３３逦１Ｓ．６Ｓ６７逦邋２０逦２３．３３３３逦２Ｓ．ｅＳ６７逦３Ｄ逡逑」Ｊ邋．邋．．邋Ｌ邋Ａｘ邋＿邋ＩＩ邋．邋．邋Ｊ邋．？邋ＪＬ＿邋Ｊ邋Ｊ逦ｉ邋Ｌ．ｔｉ邋ｉ邋，邋．．．ｉｔ逦．邋ｎ

色谱图,总离子流,色谱图,模型

图５邋ＬＨ模型及对照总离子流色谱图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋５邋Ｔｏｔａｌ邋ｉｏｎ邋ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｍ邋（ＴＩＣ）邋ｏｆ邋ＬＨ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｒａｔ逡逑３３逡逑

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