帕金森病抑郁中的补体C3-小胶质细胞轴：从机制到治疗干预

《eBioMedicine》：The complement C3-microglial axis in depression of Parkinson's disease: from mechanism to therapeutic intervention

　　

背景：抑郁是帕金森病（Parkinson's disease, PD）常见且早期的非运动症状，具有显著的性二态性，但其潜在分子机制尚不清楚。本研究旨在阐明帕金森病伴抑郁（depression in patients with PD, DPD）患者的性别特异性血浆蛋白质组学特征，并探讨补体介导的突触修剪在其病理生理学中的作用。
方法：研究人员对来自帕金森病进展标志物倡议（Parkinson's Progression Markers Initiative, PPMI）和一个独立验证队列的数据进行了血浆蛋白质组学分析，并按性别分层。通过功能富集分析识别失调通路。采用慢性MPTP/丙磺舒诱导的PD小鼠模型验证研究发现。行为学测试评估运动和抑郁样表型。利用蛋白质组学、生化和成像技术评估蛋白表达、突触密度和小胶质细胞吞噬作用。在野生型、C3^?/?和C3aR^?/?小鼠以及小胶质细胞培养物中，研究人员研究了肉毒毒素A（Botulinum Neurotoxin A, BoNT/A）对DPD的治疗机制。
发现：蛋白质组学分析揭示了在PD和DPD背后，既存在保守的补体驱动的免疫功能障碍，也存在深刻的性别分歧的分子扰动。补体和凝血级联反应在男女中均持续上调。在MPTP处理的雄性和雌性小鼠中，海马补体成分（C1Q、C3、C3aR）及下游信号（p-STAT3、p-P65）升高，伴随小胶质细胞突触吞噬和抑郁样行为。C3基因缺失可挽救MPTP诱导的运动和抑郁样行为缺陷，并阻止与小胶质细胞突触吞噬相关的海马突触丢失。BoNT/A治疗可减轻MPTP模型中的抑郁样行为并减少小胶质细胞突触吞噬；这些治疗效果在C3^?/?和C3aR^?/?小鼠中被消除。单细胞RNA测序和体外吞噬实验证实，BoNT/A可调节吞噬相关的小胶质细胞亚群。
解释：DPD表现出独特的性别特异性免疫特征，其中汇聚的补体通路激活驱动小胶质细胞突触修剪和抑郁症状。BoNT/A的抗抑郁作用是通过抑制C3–C3aR信号轴介导的。这些发现强调了针对PD患者抑郁进行性别分层诊断和补体靶向治疗的潜力。一个关键局限性是，临床分析受限于有限的验证队列规模，且机制研究仅限于雄性小鼠，这可能限制研究结果对女性人群的推广性。
基金资助：国家自然科学基金、江苏省高校自然科学基金重点项目、江苏省生物医学基础研究中心（BBRC）项目、苏州大学附属第二医院神经疾病临床研究中心、教育部老年疾病与免疫学重点实验室项目、江苏省脑疾病药物发现与转化研究重点实验室；临港实验室基金；上海市科技创新启明星计划、上海市科技重大专项；浙江省自然科学基金。

**研究背景与问题**
帕金森病（Parkinson's disease, PD）是第二大常见神经退行性疾病，其发病率和临床表现存在显著的性二态性：男性PD发病率高于女性，但女性PD患者更易出现抑郁等神经精神症状，且抑郁常作为PD的早期前驱标志。然而，目前对PD伴抑郁（depression in patients with PD, DPD）的分子机制认识不足，尤其缺乏对性别差异的系统性理解。现有临床诊疗多依赖主观症状评估，忽视了潜在的病理生理异质性。尽管已有大量蛋白质组学研究鉴定了PD患者血液、脑脊液及脑组织中的蛋白变化，但针对PD非运动症状（尤其是抑郁）及性别影响的探索仍十分匮乏。因此，阐明DPD的性别特异性蛋白质组学机制，对于开发性别分层的诊断标志物和个性化治疗策略至关重要。
**研究内容与结论**
本研究利用帕金森病进展标志物倡议（PPMI）数据集及独立验证队列，首次系统揭示了DPD患者的性别特异性血浆蛋白特征，并进一步在慢性MPTP/丙磺舒诱导的PD小鼠模型中验证了补体C3–C3aR轴介导的小胶质细胞突触修剪在DPD发病中的关键作用，同时探讨了肉毒毒素A（BoNT/A）的治疗机制。研究发现，补体激活和免疫功能紊乱是DPD的保守跨性别病理机制，但不同性别在免疫调节方向上存在显著差异：男性DPD患者表现为免疫激活下调，而女性则呈现免疫激活上调。在动物模型中，海马补体C1Q、C3、C3aR水平升高，驱动小胶质细胞过度吞噬兴奋性和抑制性突触，导致抑郁样行为。C3基因敲除可挽救运动及抑郁样行为缺陷，并阻止突触丢失。BoNT/A通过抑制C3–C3aR依赖的小胶质细胞吞噬发挥抗抑郁作用，且该效应在C3^?/?和C3aR^?/?小鼠中完全消失。单细胞RNA测序进一步证实BoNT/A可调节吞噬相关的小胶质细胞亚群。该研究发表在《eBioMedicine》。
**关键技术方法**（不超过250字）
研究采用以下主要技术方法：（1）基于Olink? Explore 1536平台的蛋白质组学分析，利用PPMI队列（n=275）和独立验证队列（苏州大学附属第二医院，64例血浆样本，包括32例男性和32例女性）；（2）慢性MPTP/丙磺舒诱导的PD小鼠模型（雄性及雌性C57BL/6J小鼠）；（3）行为学测试（旷场、转棒、爬杆、强迫游泳、悬尾、蔗糖偏好实验）；（4）免疫印迹、免疫荧光染色及三维Imaris重建定量突触密度和小胶质细胞吞噬；（5）C3和C3aR基因敲除小鼠；（6）单细胞RNA测序（10x Genomics平台）；（7）体外小胶质细胞（BV2细胞系和原代小胶质细胞）吞噬实验（乳胶珠法）。
**研究结果**
**Proteomic profiling reveals sex-specific immune pathways in patients with Parkinson's disease comorbid with Depression**
利用PPMI数据（DPD=9例，PD=266例）进行整体及性别分层分析。总体DPD与PD比较，鉴定出13个上调蛋白和12个下调蛋白；男性仅1个上调、13个下调；女性则236个上调、10个下调。GO富集分析显示，免疫相关通路（T细胞增殖、淋巴细胞激活、胶质细胞激活等）在男女中均显著富集，但男性DPD以免疫下调为主，女性则以免疫上调为主，提示性别分化的免疫失调。
**Plasma proteomic profiles in Parkinson's disease and comorbid depression across sexes**
独立验证队列的LC-MS/MS蛋白质组学分析进一步证实，PD与DPD患者中补体激活、凝血-纤溶失衡、脂代谢紊乱及肠道免疫失调为保守的跨性别病理机制。男性特异性差异蛋白（如C1R、C1QC、F2、F12、角蛋白等）富集于经典补体通路、凝血级联、细胞骨架重塑和氧化应激；女性特异性差异蛋白（如CFD、CCL18、DBH、SLC2A14等）则涉及替代补体起始、免疫趋化、神经递质代谢和血管稳态。KEGG分析显示补体和凝血级联在男女中均显著失调，而男性DPD vs PD特有的差异蛋白富集于肠道IgA免疫网络。
**Conserved and sex-specific functional enrichment signatures in PD with comorbid depression**
通过比较PD vs HC、DPD vs HC及DPD vs PD的差异蛋白，发现上调蛋白（无论性别）均富集于补体激活和免疫应答激活，而下调蛋白呈现显著性别差异：女性下调蛋白富集于核苷三磷酸代谢和糖酵解等通路，男性下调蛋白则主要与脂蛋白重塑相关。DPD vs PD直接比较中，仅男性差异蛋白有显著功能富集（如内质网应激、肠道免疫、心脏电生理等），女性差异蛋白无明显富集。
**Complement-mediated inflammation and region-specific protein dysregulation in the MPTP-induced Parkinsonian mouse model**
慢性MPTP/丙磺舒处理5周后，小鼠出现运动缺陷和抑郁样行为，且黑质多巴胺能神经元退化。脑区蛋白质组学分析显示，海马（HIP）中补体C3和CD55显著上调，而前额叶皮层（mPFC）上调蛋白富集于酒精代谢和类固醇生物合成。不同脑区的差异蛋白无重叠，表明区域特异性分子变化。
**Complement-mediated microglial synaptic pruning in the hippocampus of the MPTP Parkinsonian mouse model**
在MPTP处理的雄性和雌性小鼠海马及mPFC中，C1Q、C3、C3aR及其下游p-STAT3、p-P65水平升高。同时，海马CA1区兴奋性（VGLUT1/Homer1）和抑制性（VGAT/Gephyrin）突触密度显著降低，且小胶质细胞对突触物质的吞噬（CD68内VGLUT1⁺或VGAT⁺体积增加）增强。
**Complement C3 deficiency ameliorated abnormal behaviours, preserved synaptic integrity, and suppressed microglial synaptic phagocytosis**
在C3^?/?小鼠中，MPTP诱导的运动缺陷和抑郁样行为（旷场、转棒、爬杆、悬尾/强迫游泳、蔗糖偏好）均得到改善，海马突触丢失和小胶质细胞吞噬被阻断，证实C3是微胶质介导突触丢失和抑郁样行为的关键介质。
**BoNT/A targeting complement C3–C3aR pathway modulated microglial phagocytic activity**
BoNT/A（面部注射，10 U/kg）治疗MPTP小鼠后，虽未改善运动功能，但显著减轻抑郁样行为（悬尾和强迫游泳不动时间减少，蔗糖偏好恢复）。单细胞RNA测序鉴定出3个吞噬相关的小胶质细胞亚群（亚群1、3、5），其富集通路包括溶酶体、吞噬体和FcγR介导的吞噬。BoNT/A处理改变了这些亚群的分布。
**Effect of BoNT/A on depressive-like phenotypes and microglial-mediated synaptic phagocytosis in mice lacking C3 and C3aR**
在C3^?/?和C3aR^?/?小鼠中，MPTP诱导的抑郁样行为减轻，但BoNT/A的额外治疗效果消失；同时，BoNT/A减少小胶质细胞对突触吞噬的作用在敲除小鼠中也被消除。体外实验显示，C3aR激动剂C3a增强BV2和原代小胶质细胞对乳胶珠的吞噬，而BoNT/A可逆转该增强效应，证明BoNT/A抑制补体C3–C3aR依赖的吞噬。
**总结讨论与研究结论**
讨论部分指出，DPD存在显著的性别特异性免疫特征，补体激活是跨性别的保守病理机制。研究在临床队列中证实补体和凝血级联在男女患者中均持续上调，但下调蛋白的性别差异（女性偏向代谢和神经退行通路，男性偏向脂蛋白重塑）揭示了DPD的性别异质性。在动物模型中，海马补体C3–C3aR轴驱动小胶质细胞过度吞噬突触，导致抑郁样行为；C3缺失可挽救表型。BoNT/A通过抑制该轴发挥抗抑郁作用，其机制依赖于功能完整的C3–C3aR信号。研究局限性包括：临床队列样本量有限、验证队列为单一东亚人群、机制实验仅用雄性小鼠、BoNT/A的精确分子通路尚未完全阐明。
研究结论（翻译）：“总之，本研究表明帕金森病伴抑郁（DPD）由显著的性别特异性免疫失调和保守的补体激活所支撑。跨性别的共同发现是补体系统，特别是C3–C3aR轴的关键作用。值得注意的是，所有关键机制实验（包括C3/C3aR基因敲除和BoNT/A干预）均仅在雄性小鼠中进行；该机制是否在雌性小鼠中同样作用仍有待研究。在MPTP/丙磺舒诱导的小鼠模型中，该通路驱动小胶质细胞对海马突触的吞噬，导致抑郁样行为。BoNT/A减轻这些抑郁症状的治疗效果在机制上依赖于其在雄性小鼠中抑制补体介导的小胶质细胞突触修剪的能力。这些发现提倡性别分层的诊断方法，并将C3–C3aR通路确定为帕金森病伴抑郁个性化治疗的有前景靶点。”