抑郁癥和癡呆癥分別是年輕人和老年人最常見(jiàn)的兩種腦部疾病。值得一提的是，這兩種疾病有許多相似的病理特征，包括神經(jīng)發(fā)生減少、細(xì)胞凋亡增加和活性氧增加，而且它們都伴有慢性神經(jīng)炎癥。雖然多項(xiàng)臨床研究表明，抑郁癥與阿爾茨海默�。ˋD）的發(fā)病呈正相關(guān)，但抑郁癥促進(jìn)阿爾茨海默病的細(xì)胞和分子機(jī)制仍不清楚。

鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)蛋白（CALHM）是一種電壓門(mén)控鈣離子通道，也是主要的ATP釋放通道。近期的研究表明，CALHM家族蛋白在維持哺乳動(dòng)物的生理功能方面發(fā)揮著重要作用，而其功能缺陷會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括阿爾茨海默病和抑郁癥。之前的研究發(fā)現(xiàn)，Calhm2蛋白的水平在AD小鼠模型中顯著升高；星形膠質(zhì)細(xì)胞中Calhm2的缺失會(huì)誘發(fā)小鼠抑郁樣行為。這些結(jié)果提示，CALHM家族蛋白在抑郁癥和阿爾茨海默病的發(fā)病過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。

近日，軍事醫(yī)學(xué)研究院袁增強(qiáng)課題組在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域頂刊《Alzheimers & Dementia》雜志上發(fā)表論文，表明CALHM2 V136G突變通過(guò)破壞星形膠質(zhì)細(xì)胞的ATP釋放而參與了抑郁癥和阿爾茨海默病的發(fā)生，為抑郁癥和癡呆相關(guān)疾病的治療提出了一種潛在的策略。
 

圖片來(lái)源：《Alzheimers & Dementia》
（https://doi.org/10.1002/alz.13366）

研究材料與方法
這項(xiàng)研究招募了932例AD患者和1350例匹配對(duì)照，并開(kāi)展了基因分型分析。為了研究CALHM2的功能，研究人員委托賽業(yè)生物構(gòu)建了Calhm2 V136G基因敲入小鼠，并檢測(cè)小鼠大腦組織的ATP釋放和海馬體的神經(jīng)可塑性。之后，他們還開(kāi)展了一系列小鼠行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)、懸尾實(shí)驗(yàn)、糖水偏好實(shí)驗(yàn)、莫里斯水迷宮實(shí)驗(yàn)和新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)等。

技術(shù)路線(xiàn)
01通過(guò)基因分型分析發(fā)現(xiàn)CALHM2中的SNP rs232660與AD顯著相關(guān)
02Calhm2 V136G突變破壞ATP釋放通道，導(dǎo)致大腦中星形膠質(zhì)細(xì)胞的ATP釋放減少
03Calhm2 V136G小鼠的神經(jīng)元功能受損，出現(xiàn)類(lèi)似抑郁的行為，而補(bǔ)充ATP可挽救突變小鼠的抑郁行為表型
04Calhm2 V136G小鼠在年老后出現(xiàn)類(lèi)似癡呆的表型

研究結(jié)果
1.CALHM2 V136G突變與AD相關(guān)
之前的研究發(fā)現(xiàn)Calhm2在小鼠的抑郁和AD樣癥狀發(fā)生中起重要作用。為了確定CALHM2在人類(lèi)疾病中的功能意義，研究人員對(duì)932例AD患者和1350例匹配對(duì)照開(kāi)展了CALHM2基因分型。他們發(fā)現(xiàn)，CALHM2中的SNP rs232660與AD顯著相關(guān)。rs232660多態(tài)性位于CALHM2基因座的3號(hào)外顯子內(nèi)，導(dǎo)致第136位氨基酸位點(diǎn)的纈氨酸被替換為甘氨酸（V136G）。

2.Calhm2 V136G突變破壞ATP釋放通道
考慮到CALHM2 V136G與AD的臨床相關(guān)性，研究人員接下來(lái)分析了這個(gè)突變?nèi)绾斡绊慍ALHM2的生物學(xué)功能。他們推測(cè)，V136G突變可能會(huì)導(dǎo)致CALHM2蛋白的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域（ECD）發(fā)生構(gòu)象改變，更重要的是，ECD與S1-S2 linker直接接觸，這被認(rèn)為是CALHM2通道門(mén)控功能的關(guān)鍵，因此，V136G誘導(dǎo)的ECD構(gòu)象改變很可能會(huì)影響通道門(mén)控。他們用過(guò)表達(dá)WT-Calhm2或V136G-Calhm2的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染HEK293T細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在過(guò)表達(dá)WT-Calhm2的細(xì)胞培養(yǎng)基中，ATP水平顯著升高，而在過(guò)表達(dá)V136G-Calhm2的細(xì)胞中，ATP升高幾乎消失（圖1），表明V136G突變破壞了CALHM2蛋白的ATP釋放通道，大大影響了其功能。
 

Calhm2 V136G對(duì)ATP釋放的影響^[1]

同時(shí)，CALHM2的氨基酸序列（包括V136）在多個(gè)物種中高度保守，包括人類(lèi)和小鼠。為了進(jìn)一步研究該突變的功能，他們構(gòu)建了Calhm2 V136G基因敲入小鼠（由賽業(yè)生物提供，圖1）。與WT小鼠相比，他們觀察到Calhm2 V136G小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞外ATP水平顯著下降，表明Calhm2 V136G突變會(huì)減少大腦中星形膠質(zhì)細(xì)胞的ATP釋放，這可能導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

3.Calhm2 V136G小鼠表現(xiàn)出抑郁樣表型
為了研究Calhm2 V136G誘導(dǎo)的ATP減少對(duì)神經(jīng)可塑性的影響，研究人員接下來(lái)對(duì)海馬體CA1區(qū)的樹(shù)突棘密度進(jìn)行了分析。與WT小鼠相比，Calhm2 V136G小鼠的樹(shù)突棘密度急劇下降，且粗短狀（stubby）或蘑菇狀（mushroom）樹(shù)突棘明顯減少（圖2）。與樹(shù)突棘形態(tài)分析的結(jié)果相一致，Calhm2 V136G小鼠表現(xiàn)出明顯的海馬長(zhǎng)期電位（LTP）缺陷。這些結(jié)果表明，Calhm2 V136G突變會(huì)損害神經(jīng)元功能。
 

Calhm2 V136G突變破壞神經(jīng)可塑性^[1]

之后，他們對(duì)2月齡的成年雄性小鼠開(kāi)展了行為分析。與WT對(duì)照小鼠相比，Calhm2 V136G小鼠在強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)和懸尾實(shí)驗(yàn)中的不動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)。同樣地，在糖水偏好實(shí)驗(yàn)中，Calhm2 V136G小鼠的蔗糖偏好和攝入量也低于WT小鼠，說(shuō)明Calhm2 V136G突變導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)類(lèi)似抑郁的行為。

研究人員接下來(lái)向小鼠腹腔注射ATP，看看ATP的補(bǔ)充是否可以挽救這些突變小鼠的抑郁行為表型。與注射生理鹽水的小鼠相比，注射ATP的Calhm2 V136G小鼠在強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)和懸尾實(shí)驗(yàn)中的掙扎事件明顯延長(zhǎng)，且對(duì)蔗糖的偏好和攝入明顯增加。此外，在Calhm2 V136G小鼠的雙側(cè)海馬中注射ATP后，這些突變小鼠在強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)和懸尾實(shí)驗(yàn)中的不動(dòng)時(shí)間顯著減少，證明了ATP的直接抗抑郁作用。由此可見(jiàn)，外源性ATP補(bǔ)充可以緩解Calhm2 V136G小鼠的抑郁樣行為。

4.Calhm2 V136G突變損害老年小鼠的認(rèn)知功能
Calhm2 V136G小鼠既然會(huì)長(zhǎng)期出現(xiàn)抑郁樣癥狀，那么在其年老之后是否會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似癡呆的表型？帶著這個(gè)問(wèn)題，研究人員對(duì)中年（10月齡）和老年（18月齡）Calhm2 V136G小鼠進(jìn)行了莫里斯水迷宮實(shí)驗(yàn)。與年齡匹配的WT小鼠相比，10月齡的Calhm2 V136G小鼠未出現(xiàn)明顯的空間學(xué)習(xí)或記憶缺陷。然而，18月齡突變小鼠的上臺(tái)時(shí)間（逃逸潛伏期）更長(zhǎng)（圖3），表明Calhm2 V136G小鼠在老年階段更容易出現(xiàn)認(rèn)知能力下降。與此結(jié)果相一致，18月齡突變小鼠在新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)中對(duì)新物體沒(méi)有表現(xiàn)出任何偏好。這些結(jié)果顯示，Calhm2 V136G突變會(huì)損害老年小鼠的認(rèn)知功能，從而表明CALHM2是抑郁癥和癡呆癥之間的重要關(guān)聯(lián)。
 

Calhm2 V136G小鼠在年老時(shí)表現(xiàn)出認(rèn)知缺陷^[1]

研究結(jié)論
研究人員此次發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，AD患者中的CALHM2 SNP rs232660發(fā)生率明顯增加。SNP rs232660導(dǎo)致V136G替換，破壞星形膠質(zhì)細(xì)胞和大腦組織中的ATP釋放，并分別誘發(fā)成年小鼠和老年小鼠的抑郁樣行為和認(rèn)知能力下降。注射ATP可挽救Calhm2 V136G小鼠的抑郁樣表型。這些分析提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，支持抑郁癥是癡呆癥的風(fēng)險(xiǎn)因素，并表明CALHM功能缺陷是這兩種疾病發(fā)生的共同促進(jìn)因素。

原文檢索：
[1]Liao Y,Wang Y, TaoQ-Q, et al. CALHM2 V136G polymorphism reduces astrocytic ATP release and is associated with depressive symptoms and Alzheimer’s disease risk. Alzheimer’s Dement. 2023;1-14. https://doi.org/10.1002/alz.13366