胞外基質(zhì)和神經(jīng)干細胞參與抑郁癥發(fā)生的作用機制

楊 亮，周 艷，楊清湖，姜 鳴，雒雪婷，劉 霞，白占濤

（延安大學(xué) 陜西省區(qū)域生物資源保育與利用工程技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000）

抑郁癥是一種全球常見病，世界上大約有2.8億人患有抑郁癥，并且有65%的抑郁癥患者會反復(fù)發(fā)作［1］，在新冠疫情期間，抑郁癥的發(fā)病率上升，在新冠肺炎患者中有31%的人患有抑郁癥［2］。到2030 年，被稱為“第一心理殺手”的抑郁癥將成為全球最主要的公共健康問題［3］。在抑郁模型小鼠中，胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）組分硫酸軟骨素蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG）的表達增加［4］，Reelin［5］、層粘連蛋白（Laminin，LN）［6］和基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP-9）［7］表達減少。另外，已有研究表明，抑郁癥會導(dǎo)致海馬神經(jīng)發(fā)生［8］和NSCs增殖減少［9］。

本文主要圍繞ECM 和NSCs 對抑郁癥的影響以及ECM 調(diào)控NSCs 的遷移和增殖進行總結(jié)，并對ECM 可能通過促進NSCs 增殖改善抑郁樣行為做出展望。

1 神經(jīng)干細胞增殖改善抑郁樣行為

在成人大腦中，側(cè)腦室的腦室下區(qū)（subventricular area of lateral ventricle，SVZ）和海馬齒狀回的顆粒下區(qū)（subgranular proliferative zone，SGZ）富含NSCs。NSCs增殖并向功能區(qū)域遷移，再分化成新的神經(jīng)元的過程稱為神經(jīng)發(fā)生［10］。抑郁癥與神經(jīng)發(fā)生的減少有關(guān)［11］。綜述重點從突觸信號傳遞、氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng)等方面闡述NSCs 在抑郁癥發(fā)病中的作用。

1.1 增強突觸傳遞改善抑郁

NSCs 通過調(diào)控突觸傳遞和γ-氨基丁酸能（GABAergic，GABA）神經(jīng)元的功能來改善抑郁癥。G 蛋白偶聯(lián)受體是最大的膜蛋白受體家族，可被多種細胞外配體激活。它參與增殖、分化以及各種生理病理過程中的信號傳遞［12］。抑制蛋白β2（β-arrestin2，Arrb2）被募集到G 蛋白偶聯(lián)受體并觸發(fā)受體脫敏［13］，導(dǎo)致細胞增殖。研究發(fā)現(xiàn)，Arrb2 的缺失使小鼠海馬的樹突長度縮短，樹突棘密度減少。氟西汀通過Arrb2 介導(dǎo)磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）通路促進了Arrb2 缺陷型成體神經(jīng)干細胞的增殖［14］，增強樹突生長，提高突觸傳遞改善抑郁樣行為［15］。提示，Arrb2 通過PI3K/AKT 通路促進NSCs 增殖，影響新生神經(jīng)元樹突狀細胞的形態(tài)和成熟。

WARD 等［16］發(fā)現(xiàn)在胎兒酒精譜系障礙患者中有很高抑郁共病率。該抑郁模型導(dǎo)致GABA能神經(jīng)元的小清蛋白（parvalbumin positive，PV）陽性表型減少，前扣帶皮層、杏仁核和海馬的突觸后致密蛋白95（postsynaptic density protein，PSD95）水平降低。舍曲林和用端膠原處理過的NSCs 逆轉(zhuǎn)了PV 陽性細胞和PSD95 水平的下降，減少了抑郁樣行為［17］。提示，通過對NSCs 進行藥物聯(lián)合處理可以恢復(fù)抑制性神經(jīng)元的功能和數(shù)量，并在抑郁癥的治療中發(fā)揮潛力。

1.2 恢復(fù)線粒體氧化應(yīng)激能力改善抑郁

線粒體已被證明是神經(jīng)發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。SIRT3 是一種促進氧化代謝的線粒體去乙?；福{(diào)節(jié)活性氧的產(chǎn)生。SANTOS 等［18］報道SIRT3 過表達恢復(fù)線粒體氧化應(yīng)激能力，從而恢復(fù)微管關(guān)聯(lián)蛋白2的表達水平，并逆轉(zhuǎn)NSCs的減少。值得注意的是，SIRT3 還被證明可以與NSCs 中的長鏈?；o酶A脫氫酶發(fā)生相互作用，激活它來促進神經(jīng)發(fā)生［18］。因此，NSCs 參與線粒體氧化應(yīng)激，調(diào)節(jié)微管蛋白的組成達到抗抑郁效果。

1.3 參與抗炎作用進而改善抑郁

臨床研究發(fā)現(xiàn)，重度抑郁癥患者大腦樣本中檢測到炎癥因子水平升高［19］。此外，神經(jīng)免疫學(xué)觀點也表明，神經(jīng)炎癥可導(dǎo)致抑郁癥［20-21］。慢性不可預(yù)知應(yīng)激會誘導(dǎo)大鼠的抑郁樣行為，并減少海馬神經(jīng)發(fā)生［22］。研究發(fā)現(xiàn)該抑郁模型大鼠上調(diào)神經(jīng)炎癥因子如白細胞介素-1β（interleukin-1，IL-1β）和白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的表達。天麻活性成分天麻素具有抗抑郁活性，可以促進大鼠海馬NSCs 的增殖，抑制核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信號通路改善抑郁樣行為［23］。在脂多糖誘導(dǎo)的小鼠巨噬細胞中，紅景天通過抑制炎癥因子的產(chǎn)生促進NSCs 的增殖改善抑郁。該機制具體通過NF-κB 信號通路降低IL-6、IL-1β 和α 腫瘤壞死因子的水平［24］，促使Janus激酶2和信號傳導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子3 的下調(diào)［25］。而JAK2/STAT3 通路可以調(diào)控NSCs 的增殖，改善抑郁樣行為。以上研究提示，通過保護NSCs 免受促炎細胞因子的影響改善抑郁樣行為［23，26］。

2 胞外基質(zhì)促進神經(jīng)干細胞增殖

ECM 是由細胞合成并分泌到胞外，并分布在細胞表面或細胞之間的大分子構(gòu)成結(jié)構(gòu)精細而錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。作為細胞外間隙的重要組成部分，ECM與精神疾病相關(guān)，尤其是抑郁癥［27］。ECM 骨架的主要成分是纖維形成蛋白，如膠原蛋白、彈性蛋白、纖連蛋白、層粘連蛋白、糖蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖，還包括細胞表面受體、細胞因子和生長因子。糖蛋白主要包括肌腱蛋白，它有4個家族成員：Tenascin-C（TNC）、Tenascin-R（TNR）、Tenascin-W（TNW）和Tenascin-Z（TNZ）。ECM 的結(jié)構(gòu)和功能影響生物功能多樣性，包括神經(jīng)再生、遷移、分化與網(wǎng)絡(luò)整合。ECM 直接與細胞表面受體相互作用，并觸發(fā)細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；ECM 與生長因子結(jié)合控制NSCs 的分化、黏附和遷移；ECM 還可以通過多種細胞內(nèi)途徑促進神經(jīng)發(fā)生。

2.1 整合素促進神經(jīng)干細胞的增殖

整合素作為細胞黏附受體可與ECM 直接相互作用，觸發(fā)細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。ECM的糖蛋白LN與整合素結(jié)合促進磷脂酰肌醇3-激酶p85和黏著斑激酶的磷酸化。同時，GATA結(jié)合蛋白4上調(diào)促進了胚胎干細胞增殖［28］。TNR的表皮生長因子樣結(jié)構(gòu)域和纖連蛋白Ш 型結(jié)構(gòu)域通過與β1 整合素結(jié)合促進小鼠NSCs增殖［29］。提示，ECM的糖蛋白與整合素結(jié)合，觸發(fā)細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)促進NSCs增殖。

2.2 生長因子促進神經(jīng)干細胞的增殖

ECM 與生長因子結(jié)合控制NSCs 的分化、黏附和遷移。KARUMABAIAH 等［30］報道，與未透明質(zhì)酸水凝膠相比，在加入成纖維細胞生長因子2、神經(jīng)營養(yǎng)因子的硫酸軟骨素糖胺聚糖（CS-GAGs）水凝膠中培養(yǎng)的NSCs 具有更高的自我更新能力。另外，星形膠質(zhì)細胞在調(diào)節(jié)NSCs 增殖和分化中起著重要作用［31］。研究報道，與成年大鼠星形膠質(zhì)細胞相比，新生鼠星形膠質(zhì)細胞顯著促進NSCs 增殖。此外，他們使用質(zhì)譜法檢測出TNC 在新生鼠組中表達更高。進一步的研究表明TNC 與表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）結(jié)合，通過PI3K/AKT 途徑促進NSCs 增殖［32］。另一項研究表明，TNC 增加NSCs 對成纖維細胞生長因子2 的敏感性，干擾EGFR 與骨形成蛋白4（bone morphogenetic protein 4，BMP4）結(jié)合，抑制BMP4 信號通路，導(dǎo)致海馬NSCs退出靜止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生的神經(jīng)元數(shù)量增加［33-34］。提示，ECM 的糖蛋白和蛋白聚糖與生長因子結(jié)合調(diào)控NSCs的增殖。

2.3 通過多種細胞內(nèi)途徑促進神經(jīng)干細胞增殖

ECM 通過多種細胞內(nèi)途徑，包括絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK）、趨化因子（stromal cell derived factor-1，SDF-1α）、自然殺傷細胞表位1（human natural killer-1，HNK-1）等參與NSCs 的增殖。TNR 敲除小鼠中缺乏TNR 引起海馬齒狀回顆粒細胞數(shù)量和GABA能神經(jīng)元數(shù)量增加，尤其是PV中間神經(jīng)元，導(dǎo)致興奮性和抑制性神經(jīng)元傳遞的不平衡［35］，此過程進一步激活p38 MAPK通路，抑制NSCs 的增殖。TNC 上的HNK-1 通過調(diào)節(jié)EGFR 的表達水平參與NSCs 增殖［36］。SDF-1α 在介導(dǎo)干細胞對損傷和疾病的反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，可將神經(jīng)祖細胞（neural progenitor cells，NPCs）和NSCs調(diào)動到神經(jīng)損傷部位。ADDINGTON 等［37-38］報道了一種透明質(zhì)酸-層粘連蛋白的水凝膠，它增加了SDF-1α 受體CXCR4 的表達，促進NPSC（神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)干細胞）向損傷部位遷移。以上研究表明，ECM 的糖蛋白通過蛋白激酶、細胞因子和免疫細胞將細胞信號傳導(dǎo)到細胞內(nèi)，調(diào)控NSCs 的遷移和增殖，為受損的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)提供了基礎(chǔ)。

3 胞外基質(zhì)組分改善抑郁

ECM 可以與細胞表面受體結(jié)合，參與神經(jīng)傳遞改善抑郁樣行為［39］。在一項臨床試驗中，重度抑郁障礙患者血漿中Reelin 水平下降，在用藥治療后上升［40］。Reelin 是大腦皮層和海馬中GABA 能神經(jīng)元分泌的一種細胞外基質(zhì)糖蛋白［41］。它廣泛參與突觸傳遞、神經(jīng)發(fā)育和細胞信號傳導(dǎo)。Reelin 通過激活載脂蛋白E受體2調(diào)節(jié)N-甲基-D-天冬氨酸受體亞單位（NR2A 和NR2B）的組成，并控制NMDAR 從NR2B到NR2A的發(fā)育轉(zhuǎn)換，改變突觸相關(guān)蛋白的表達，如突觸素和PSD95，調(diào)節(jié)海馬的突觸可塑性［42］，以緩解抑郁癥。研究報道，敲低前扣帶皮層（anterior cingulate cortex，ACC）中層粘連蛋白β1（Laminin β1，LAMB1）會加劇小鼠產(chǎn)生疼痛，引發(fā)焦慮和抑郁樣行為。進一步的機制研究表明，神經(jīng)損傷后ACC 腦區(qū)中LAMB1 缺失Ras 同族體基因家族成員A（Ras homolog gene family member A，RhoA）/Rho 激酶（Rhoassociated kinase，ROCK）/LIM motif 蛋白激酶（LIM motif protein kinase，LIMK）信號級聯(lián)激活，從而導(dǎo)致絲切蛋白水平異常下降、肌動蛋白結(jié)構(gòu)重排、突觸前遞質(zhì)釋放增加和突觸后脊柱重塑異常，進而調(diào)節(jié)錐體神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能可塑性，最終引起疼痛反應(yīng)和焦慮抑郁樣行為［6］。以上研究表明，ECM 的糖蛋白通過激活細胞表面受體調(diào)節(jié)突觸可塑性改善抑郁樣行為。

抗抑郁藥的功效與某些大腦區(qū)域興奮性神經(jīng)傳遞的增加有關(guān)，這表明興奮性/抑制性（excitatory/inhibitory，E/I）平衡的恢復(fù)會改善抑郁樣行為［43］。ALLEN 等［44］報道，靜脈注射Reelin 可以有效緩解皮質(zhì)酮誘導(dǎo)的抑郁模型中大鼠強迫游泳實驗不動時間增加，齒狀回顆粒下區(qū)Reelin陽性細胞減少，海馬谷氨酸能和GABA能神經(jīng)元傳遞失調(diào)?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）在神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞中表達，具有切割細胞外基質(zhì)成分的功能，其異常表達與抑郁癥有關(guān)［7］。ALAIYED 等［45］報道，血清素/去甲腎上腺素再攝取抑制劑Venlafaxine 增加MMP-9 的表達。MMP-9 降低了海馬神經(jīng)元周圍網(wǎng)絡(luò)（perineuronal nets，PNNs）的完整性，減少GABA能神經(jīng)元的釋放，增加了錐體細胞（pyramidal cell，PC）活性，從而調(diào)控E/I 平衡，改善了抑郁樣行為。DONATO等［46］使用社交失敗誘導(dǎo)持續(xù)壓力來誘導(dǎo)大鼠的抑郁樣行為，該抑郁模型動物海馬CSPG 表達增加，進一步發(fā)現(xiàn)表達PV 中間神經(jīng)元的PNNs數(shù)量也增加，而抑制性突觸后電流頻率降低［18］。通過顱內(nèi)給藥硫酸軟骨素酶（chondroitinase ABC，ChABC）分解海馬腦區(qū)的ECM，恢復(fù)了PNNs的數(shù)量、長時程增強和在物體位置識別測試中的記憶表現(xiàn)。提示ECM 的糖蛋白和基質(zhì)金屬蛋白酶參與興奮性或抑制性神經(jīng)元的傳遞，調(diào)控E/I 平衡來改善抑郁樣行為。

4 結(jié)論和展望

綜上所述，抑郁癥患者與抑郁模型動物的谷氨酸能神經(jīng)傳遞、海馬神經(jīng)發(fā)生和突觸傳遞受損；樹突縮短、密度減少；促炎因子增多；NSCs 和NPCs 增殖減少。綜述介紹了ECM 可以直接參與神經(jīng)傳遞，增強突觸可塑性改善抑郁樣行為，也可以與膜受體、生長因子結(jié)合，通過多種細胞內(nèi)途徑介導(dǎo)調(diào)控NSCs 的增殖。NSCs 參與突觸傳遞、氧化應(yīng)激反應(yīng)以及炎癥反應(yīng)等途徑緩解抑郁癥。我們預(yù)測ECM促進NSCs的增殖進而改善抑郁。

ECM 的組分如糖蛋白和蛋白聚糖，與整合素或生長因子結(jié)合，并觸發(fā)細胞內(nèi)信號通路促進NSCs的增殖；ECM 的糖蛋白也通過蛋白激酶、細胞因子和免疫細胞將細胞信號傳導(dǎo)到細胞內(nèi)，調(diào)節(jié)NSCs的遷移和增殖，為受損神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的修復(fù)提供基礎(chǔ)。NSCs 的增殖影響新生神經(jīng)元樹突狀細胞的形態(tài)和成熟，促進突觸可塑性改善抑郁；參與線粒體代謝，調(diào)節(jié)微管蛋白的組成達到抗抑郁效果；抑制促炎細胞因子改善抑郁樣行為。

鑒于ECM 結(jié)構(gòu)復(fù)雜及功能蛋白多樣，其內(nèi)部的調(diào)控機制需要進一步明確，未來還需深入研究不同ECM 組分影響NSCs 增殖的方式，進而調(diào)控抑郁病理的具體分子機制，為今后抑郁癥的靶向藥物開發(fā)提供理論和實驗基礎(chǔ)。