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为探究抑郁症发病机制,研究人员针对 1p31.1 区域功能性 SNP rs3101339 展开研究,发现其风险等位基因 C 通过调控启动子活性上调 NEGR1 表达。小鼠脑内过表达 NEGR1 致焦虑抑郁样行为及突触功能异常,为抑郁症治疗提供新方向。
抑郁症作为全球重大健康挑战,其高发病率、死亡率与复杂遗传机制一直困扰学界。尽管全基因组关联研究(GWAS)已定位多个风险位点,如 1p31.1 区域,但该区域内因果变异及具体致病基因的作用机制仍不明确。尤其是神经元生长调节因子 1(Neuronal Growth Regulator 1, NEGR1)虽被提示与抑郁相关,但其在脑内表达升高如何驱动抑郁表型的具体机制尚未阐明。在此背景下,中国科学院昆明动物研究所联合多所国内机构的研究团队,围绕 1p31.1 区域的功能性单核苷酸多态性(SNP)rs3101339 与 NEGR1 的调控关系及其在抑郁症中的作用展开深入研究,相关成果发表于《Molecular Psychiatry》。
研究人员采用多种关键技术开展工作:通过调控元件注释、脑表达数量性状基因座(eQTL)分析等确认 rs3101339 的功能;利用报告基因实验、电泳迁移率变动分析(EMSA)和单碱基编辑技术验证其对 NEGR1 的调控作用;借助立体定位注射技术在小鼠脑内侧前额叶皮层(mPFC)和腹侧海马(vHIP)过表达 NEGR1,并结合行为学检测(如 Y 迷宫、强迫游泳测试等)、神经元稀疏标记、透射电镜、免疫沉淀 - 质谱(IP-MS)及转录组测序等技术,系统分析 NEGR1 过表达的神经生物学效应。
功能性变异 rs3101339 通过风险等位基因 C 上调 NEGR1 表达
研究发现,rs3101339 位于 NEGR1 转录起始位点上游 447 bp 的启动子活性区域,其风险等位基因 C 与核蛋白结合能力更强,显著增强启动子活性。单碱基编辑实验显示,携带 rs3101339-AC 基因型的 HEK293T 细胞中 NEGR1 mRNA 表达显著升高。脑 eQTL 数据表明,rs3101339-C 等位基因与人类脑区(如尾状核、伏隔核)的 NEGR1 表达呈正相关,证实该变异通过遗传调控增强 NEGR1 转录。
脑内 NEGR1 过表达诱导小鼠焦虑抑郁样行为
在小鼠 mPFC 和 vHIP 过表达 NEGR1 后,行为学检测显示,vHIP 过表达组小鼠表现出工作记忆受损(Y 迷宫自发交替率下降)、焦虑样行为(高架十字迷宫开放臂进入时间减少)及抑郁样行为(强迫游泳不动时间增加)。而 mPFC 过表达组仅在高架十字迷宫中表现出焦虑样行为,提示 vHIP 可能是 NEGR1 介导抑郁相关表型的关键脑区。
NEGR1 过表达导致 vHIP 树突棘丢失和突触超微结构异常
神经元稀疏标记分析显示,vHIP 过表达 NEGR1 的小鼠树突棘总密度显著降低,尤其是蘑菇状棘和薄棘数量减少,而 stubby 棘无明显变化。透射电镜观察发现,vHIP 突触密度降低,突触小泡密度减少,但突触后致密区(PSD)厚度、长度及面积无显著差异,表明 NEGR1 通过损害突触前结构和功能影响神经传递。
NEGR1 互作蛋白富集于神经递质释放和突触囊泡内吞通路
IP-MS 鉴定出 67 个高置信度 NEGR1 互作蛋白,功能富集分析显示其参与钙离子调节的胞吐、突触囊泡内吞等过程。蛋白互作网络分析提示,突触小体相关蛋白 25(SNAP25)在网格蛋白依赖的突触囊泡内吞通路中起核心作用,暗示 NEGR1 通过调控突触囊泡动态影响突触可塑性。
转录组分析揭示髓鞘形成相关通路异常
vHIP 转录组测序发现 94 个差异表达基因,富集于髓鞘形成、神经元包裹等生物学过程。其中,髓鞘碱性蛋白(MBP)、少突胶质细胞转录因子(SOX10)等髓鞘相关基因表达下调,提示 NEGR1 可能通过干扰中枢神经系统髓鞘形成参与抑郁病理。
研究结论与意义
本研究首次系统证实,1p31.1 区域功能性变异 rs3101339 通过风险等位基因 C 上调 NEGR1 表达,进而诱导小鼠焦虑抑郁样行为及突触功能障碍,其机制涉及树突棘丢失、突触囊泡动态异常及髓鞘形成通路失调。这些发现不仅明确了 NEGR1 作为抑郁症风险基因的因果作用,还揭示了突触功能与髓鞘形成在抑郁发病中的关键作用,为靶向 NEGR1 及其下游通路(如 FGFR2-ERK 信号、ADAM10 介导的 NEGR1 切割)开发新型抗抑郁药物提供了重要理论依据。此外,研究中建立的 NEGR1 过表达小鼠模型为深入研究抑郁相关神经环路机制提供了宝贵资源。