《Journal of Advanced Research》：PPAR-γ/SGK1/GSK3β/Nrf2 signaling pathway contributes to the neuroprotective effects of lycopene in depressed mice
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重度抑郁症（MDD）影响全球约2.8亿人，是一种高度流行且致残的神经精神障碍，其特征为情感、动机、认知和生理领域的广泛紊乱。当前抗抑郁治疗受限于疗效有限及对单胺能范式的持续依赖。氧化应激日益被认为是应激诱导抑郁样行为的上游病理驱动因素。临床研究表明，抑郁症患者
重度抑郁症（MDD）影响全球约2.8亿人，是一种高度流行且致残的神经精神障碍，其特征为情感、动机、认知和生理领域的广泛紊乱。当前抗抑郁治疗受限于疗效有限及对单胺能范式的持续依赖。氧化应激日益被认为是应激诱导抑郁样行为的上游病理驱动因素。临床研究表明，抑郁症患者外周血和中枢脑组织中氧化损伤显著升高，伴抗氧化防御能力受损。动物研究进一步证实，慢性应激诱导皮质边缘环路内氧化损伤并显著增加活性氧（ROS）水平。机制上，氧化应激与神经炎症和神经元损伤等多个病理过程交织，构成驱动抑郁症进展的复杂病理网络。番茄红素（LYC）是一种天然亲脂性类胡萝卜素，具有强大的单线态氧淬灭和自由基清除能力，作为代表性膳食抗氧化分子受到关注。由于其亲脂性可穿越血脑屏障，LYC在抑郁相关疾病中的神经保护潜力近年来引起越来越多的关注。临床前研究表明，LYC可有效改善多种抑郁相关动物模型中的行为异常。机制上，这些效应似乎主要与其抗氧化作用和减少脑氧化应激有关，同时涉及抗炎和突触保护机制。尽管现有证据支持LYC通过减轻氧化应激发挥抗抑郁样效应，但其神经保护作用的确切分子机制仍有待进一步阐明。因此，本研究探讨LYC是否能恢复抑郁相关模型中海马CA1区的氧化还原-免疫-突触稳态，并进一步阐明该效应背后的上游信号机制。结合网络药理学，研究人员通过RNA-seq鉴定过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ）为LYC的假定上游靶点，并进一步将其激动剂与SGK1/GSK3β/Nrf2/HO-1抗氧化级联反应联系起来。这些发现揭示了以PPAR-γ/SGK1/GSK3β/Nrf2为中心的通路机制，LYC通过该机制抑制应激诱导的氧化损伤和小胶质细胞炎症，保护CA1突触功能，并改善抑郁样行为异常。
研究背景：重度抑郁症（MDD）是一种高度流行且致残的神经精神障碍，全球影响约2.8亿人，是导致全球残疾和疾病负担的主要因素。当前抗抑郁治疗受限于疗效有限及对单胺能范式的持续依赖，亟需确定非经典分子和环路机制以指导更精准的干预。氧化应激日益被认为是应激诱导抑郁样行为的上游病理驱动因素，临床研究和动物研究均证实抑郁症患者及慢性应激动物模型存在显著的氧化损伤和抗氧化防御受损。氧化应激与神经炎症和神经元损伤等病理过程交织，构成驱动抑郁症进展的复杂病理网络。番茄红素（LYC）是一种天然亲脂性类胡萝卜素，具有强大的抗氧化能力，可穿越血脑屏障，其神经保护潜力在抑郁相关疾病中引起越来越多的关注。然而，LYC神经保护作用的确切分子机制仍有待进一步阐明。因此，研究人员旨在探讨LYC是否能恢复抑郁相关模型中海马CA1区氧化还原-免疫-突触稳态，并阐明其上游信号机制。研究人员开展了以下研究：建立慢性束缚应激（CRS）小鼠模型和脂多糖（LPS）诱导的抑郁模型，给予LYC干预，通过行为学测试、生化分析、免疫荧光、Western blot、膜片钳电生理记录等方法评估LYC的神经保护效应；结合网络药理学和RNA-seq鉴定PPAR-γ为LYC的潜在上游靶点；通过分子对接、分子动力学模拟和表面等离子共振（SPR）验证LYC与PPAR-γ的直接结合；通过CA1区定位注射PPAR-γ拮抗剂GW9662、激动剂罗格列酮和SGK1激活剂C4-神经酰胺进行药理干预验证信号通路。研究结论：慢性应激通过诱导氧化损伤、小胶质细胞激活、突触功能障碍和神经元超兴奋性破坏CA1稳态，从而促成抑郁和焦虑样行为。LYC减轻这些异常，其保护作用可能涉及恢复PPAR-γ依赖的信号网络，包括SGK1、GSK3β、Nrf2和HO-1，并改善氧化还原平衡、炎症稳态和突触功能。GW9662对LYC介导保护的减弱作用及罗格列酮再现的保护效应进一步支持CA1 PPAR-γ依赖的氧化还原调节参与LYC介导的神经保护，并可能代表应激相关抑郁症的潜在治疗靶点。该研究发表于《Journal of Advanced Research》，具有重要意义，揭示了LYC通过PPAR-γ/SGK1/GSK3β/Nrf2信号通路发挥神经保护作用的分子机制，为应激相关抑郁症提供了潜在治疗靶点。
关键技术方法：研究人员采用雄性C57BL/6小鼠（6–8周龄，来源于山东大学动物中心），建立14天慢性束缚应激（CRS）模型和LPS诱导抑郁模型；通过灌胃给予LYC（20 mg/kg，每日一次，连续14天）；采用立体定位手术进行海马CA1区病毒注射稀疏标记树突棘及套管植入实现CA1区局部给药（GW9662、罗格列酮、C4-神经酰胺）；行为学测试包括蔗糖偏好实验（SPT）、旷场实验（OFT）、高架十字迷宫（EPM）、强迫游泳实验（FST）和悬尾实验（TST）；采用RNA-seq转录组分析、网络药理学靶点预测、分子对接和分子动力学模拟、表面等离子共振（SPR）分析；免疫荧光染色检测4-HNE、8-OHdG、Iba1、PSD95、SYN；DHE荧光检测ROS；生化试剂盒检测MDA、SOD、T-AOC；qRT-PCR检测炎性因子mRNA；Western blot检测PPAR-γ、SGK1、p-GSK3β、GSK3β、Nrf2、HO-1蛋白表达；全细胞膜片钳记录CA1锥体神经元sEPSC、自发发放频率、基强度和诱发电位。
研究结果：
3.1 慢性束缚应激诱导抑郁和焦虑样行为并伴随海马CA1区氧化应激和神经炎症：CRS小鼠在SPT中蔗糖偏好显著降低，FST和TST不动时间增加，OFT中央区停留时间减少而总运动距离不变，EPM开臂停留时间减少，表明CRS诱导抑郁和焦虑样行为。DHE和4-HNE荧光在CA1区显著增加，MDA水平升高，SOD活性和T-AOC降低，表明氧化应激增强。qPCR显示IL-1β和IL-6 mRNA升高、IL-10降低，Iba1?小胶质细胞数量增加且形态简化（突起缩短、端点减少、分支复杂度降低），表明神经炎症和小胶质细胞激活。LPS模型重现了类似的行为、氧化和炎症改变，表明这些病理改变在独立抑郁模型中可重现。
3.2 CRS诱导海马CA1锥体神经元结构和功能损伤：全细胞膜片钳记录显示CRS小鼠CA1锥体神经元sEPSC振幅和频率显著降低，自发发放频率降低，基强度增加，去极化电流注射诱发的动作电位数量减少，表明兴奋性突触传递和内源性兴奋性受损。免疫荧光显示PSD95?/SYN?共定位斑点显著减少，稀疏标记显示蘑菇型和粗短型树突棘密度显著降低而细长型无显著变化，表明CRS诱导CA1神经元协调的结构和功能损伤。
3.3 番茄红素改善CRS诱导的行为缺陷、氧化应激、神经炎症和突触损伤：LYC（20 mg/kg）治疗显著恢复CRS小鼠的蔗糖偏好，减少FST和TST不动时间，恢复OFT中央区停留时间和EPM开臂探索，不影响基础运动活性。LYC显著降低CA1区8-OHdG和4-HNE荧光，降低MDA水平，恢复SOD活性和T-AOC。LYC减少Iba1?小胶质细胞数量并恢复其形态复杂度，逆转IL-1β、TNF-α、IL-6升高和IL-10降低。LYC恢复PSD95?/SYN?共定位斑点和蘑菇型、粗短型树突棘密度，表明LYC保护CA1突触结构完整性。
3.4 整合转录组学、网络药理学和生化分析支持PPAR-γ为LYC的分子靶点：RNA-seq鉴定CRS小鼠海马1,461个差异表达基因（DEGs），其中726个上调、735个下调，Ppar-γ和Sgk1为显著下调转录本。GO富集分析显示氧化应激和突触相关术语显著富集。网络药理学整合预测LYC靶点、抑郁症相关基因和CRS相关DEGs，鉴定PPAR-γ、GRM2和SYT4为重叠候选靶点，PPAR-γ被优先选择。分子对接预测LYC可占据PPAR-γ配体结合口袋，结合能为?6.18 kcal/mol；100 ns分子动力学模拟显示LYC–PPAR-γ复合物保持相对稳定的RMSD轮廓。Western blot证实CRS小鼠海马PPAR-γ和SGK1蛋白水平显著降低。SPR分析显示LYC对PPAR-γ产生浓度依赖性结合响应，平衡解离常数（KD）为11.5 μM，提供LYC与PPAR-γ直接物理相互作用的生化证据。双荧光素酶报告基因实验显示PPAR-γ表达显著增加SGK1启动子活性，支持PPAR-γ对SGK1的转录调控。
3.5 PPAR-γ抑制减弱LYC介导的神经保护，而SGK1激活部分挽救PPAR-γ阻断诱导的行为缺陷：CA1区显微注射PPAR-γ选择性拮抗剂GW9662显著减弱LYC对CRS小鼠抑郁和焦虑样行为的保护效应，重新升高8-OHdG和4-HNE荧光，增加Iba1?小胶质细胞数量并降低形态复杂度，升高促炎因子水平。Western blot显示LYC恢复的PPAR-γ、SGK1、p-GSK3β、Nrf2和HO-1蛋白表达被GW9662消除。GW9662消除LYC对PSD95?/SYN?斑点数量、sEPSC振幅和频率、基强度和自发发放频率的恢复作用。SGK1激活剂C4-神经酰胺部分挽救GW9662诱导的行为、氧化、炎症和突触缺陷，支持SGK1作为PPAR-γ信号的功能性下游组分。
3.6 罗格列酮激活PPAR-γ改善CRS诱导的氧化应激、神经炎症、神经元损伤和行为缺陷：CA1区局部递送PPAR-γ选择性激动剂罗格列酮显著逆转CRS小鼠蔗糖偏好降低和FST不动时间增加，恢复OFT中央区停留时间而不影响总运动距离。罗格列酮降低MDA积累，恢复SOD活性，抑制DHE和4-HNE荧光信号。Western blot显示罗格列酮恢复CRS降低的PPAR-γ、SGK1、p-GSK3β和Nrf2蛋白水平。罗格列酮减少CA1区Iba1?细胞数量，恢复PSD95?/SYN?共定位斑点，恢复sEPSC振幅和频率，降低基强度并增加动作电位发放，表明PPAR-γ激活足以改善CRS诱导的CA1病理和行为异常。
讨论部分总结：研究人员讨论了脑稳态破坏促进ROS积累和抗氧化防御减弱，进而放大神经免疫激活、损害突触可塑性并促成抑郁样表型。研究使用CRS和LPS模型发现氧化损伤、小胶质细胞激活和突触功能障碍汇聚于CA1区。机制上，LYC通过PPAR-γ依赖的SGK1/GSK3β/Nrf2/HO-1信号通路限制氧化应激并保护CA1神经元功能。CA1局部PPAR-γ抑制（GW9662）消除LYC的行为获益，而PPAR-γ激动（罗格列酮）诱导类似LYC的保护效应，表明CA1 PPAR-γ信号是LYC对抗CRS诱导抑郁和焦虑样行为的关键调控节点。研究人员指出LYC不仅减少氧化副产物，还恢复氧化负荷与内源性抗氧化防御之间的平衡，GW9662和罗格列酮结果进一步将PPAR-γ置于SGK1/GSK3β/Nrf2/HO-1抗氧化程序的上游。关于小胶质细胞，CRS和LPS均诱导CA1小胶质细胞激活，LYC逆转这些神经免疫改变，GW9662消除而罗格列酮重现这些效应，支持CA1 PPAR-γ信号参与LYC的抗炎效应。关于神经元可塑性，CRS诱导的CA1功能障碍主要反映兴奋性突触输入-棘波输出耦合失败，结构上表现为PSD95/SYN定义的突触接触减少和成熟蘑菇型/粗短型树突棘丢失，LYC通过PPAR-γ依赖机制重建CA1突触结构-功能耦合。研究人员还讨论了PPAR-γ作为配体激活核受体与RXR形成异二聚体调控靶基因转录，SGK1为AGC丝氨酸/苏氨酸激酶家族成员，GSK3β通过Keap1非依赖机制负调控Nrf2活性，限制HO-1等抗氧化防御基因的转录激活。本研究中CRS抑制CA1 PPAR-γ/SGK1轴，降低GSK3β抑制性磷酸化，削弱Nrf2/HO-1抗氧化信号，LYC恢复该通路，GW9662消除而罗格列酮重现这些效应。研究人员承认以下局限性：仅使用雄性C57BL/6J小鼠，限制了发现的普适性；SPR虽提供LYC–PPAR-γ直接相互作用的生化证据，但体内靶点占据和功能性受体激活需进一步验证；需要SGK1和Nrf2特异性功能缺失研究确定其在LYC介导保护中的必要性和因果层级。研究结论翻译：总之，这些发现表明慢性应激通过诱导氧化损伤、小胶质细胞激活、突触功能障碍和神经元超兴奋性破坏CA1稳态，从而促成抑郁和焦虑样行为。LYC减轻这些异常，其保护作用可能涉及恢复PPAR-γ依赖的信号网络，包括SGK1、GSK3β、Nrf2和HO-1，并改善氧化还原平衡、炎症稳态和突触功能。GW9662对LYC介导保护的减弱作用及罗格列酮再现的保护效应进一步支持CA1 PPAR-γ依赖的氧化还原调节参与LYC介导的神经保护，并可能代表应激相关抑郁症的潜在治疗靶点。
