重性抑郁障碍（Major Depressive Disorder, MDD）中海马及前额叶皮质细胞外基质相关分子基因表达与蛋白水平改变：基于软骨硫酸蛋白聚糖（CSPG）、重塑酶及黏附分子的分析启示

《Neurobiology of Disease》：Alterations in gene expression and protein levels of extracellular matrix-related molecules in major depressive disorder: Insights from analyses in the hippocampus and prefrontal cortex

　　

摘要：重性抑郁障碍（Major Depressive Disorder, MDD）是全球首要致残性疾病，其患病率及症状表现存在显著性别差异。背外侧前额叶皮质（dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC）与海马是MDD的关键受累脑区，但上述区域细胞外基质（extracellular matrix, ECM）失调的作用尚不清楚。ECM通过软骨硫酸蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycans, CSPG）、重塑酶及黏附分子维持神经可塑性与突触稳定性，其紊乱与精神障碍相关。本研究检测20例MDD死者及20例对照者的尸检DLPFC与海马组织，评估ECM相关基因（BCAN、NCAN、VCAN、ADAMTS1、ADAMTS8、CSGALNACT1、SEMA3A、TNR、ST8SIA4）表达，并通过Western blot检测ADAMTS8、SEMA3A及ST8SIA4蛋白水平。研究人员发现MDD组DLPFC中ADAMTS8表达显著降低，提示ECM重塑可能存在损伤。性别分层分析显示男性MDD者SEMA3A表达降低，女性呈ST8SIA4表达降低趋势。蛋白水平方面，两性合并分析时SEMA3A在DLPFC升高而在海马降低，提示存在脑区特异性或转录后调控。值得注意的是，男性DLPFC中SEMA3A蛋白显著升高，男性海马呈降低趋势；MDD组DLPFC中ST8SIA4蛋白表达亦降低。上述结果明确了MDD中ECM相关基因及蛋白表达改变，支持ECM重塑与突触可塑性受损参与MDD病理，并提示ECM可作为潜在治疗靶点。

论文解读：重性抑郁障碍中海马及背外侧前额叶皮质细胞外基质相关分子表达改变的研究

研究背景与目的

重性抑郁障碍（Major Depressive Disorder, MDD）为全球首要致残原因，影响约3亿人，存在明确性别差异——成年女性患病率约为男性2倍，且激素及基因表达差异可能导致不同易感性及症状表型。神经影像及尸检研究一致表明背外侧前额叶皮质（dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC，Brodmann area 9）与海马结构及细胞水平发生改变，二者分别参与认知、情绪调节及应激反应。近年研究表明大脑细胞外基质（extracellular matrix, ECM）不仅是结构支架，还介导细胞间通讯、突触稳定及神经可塑性，其中软骨硫酸蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycans, CSPG，如brevican/BCAN、neurocan/NCAN、versican/VCAN）、CSPG生物合成酶（chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase 1/CSGALNACT1）、ECM重塑金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs/ADAMTS家族，含ADAMTS1、ADAMTS8）、周神经细胞网（perineuronal nets, PNN）稳定糖蛋白tenascin-R（TNR）、PNN相关轴突导向分子semaphorin-3A（SEMA3A），以及催化polysialic acid（PSA）修饰neural cell adhesion molecule（NCAM）生成PSA-NCAM的polysialyltransferase（ST8SIA4），均在精神疾患中被报道异常，但MDD中人脑DLPFC与海马ECM分子改变及性别差异尚不清楚。因此研究人员通过尸检人脑组织检测ECM核心分子mRNA及选定蛋白，探讨MDD中ECM失调的区域与性别特异性。本文发表于《Neurobiology of Disease》。

主要技术方法与样本

研究人员使用西班牙巴斯克法医研究所经伦理批准的尸检人脑组织，纳入经DSM-5/ICD-10确诊MDD死者20例（16例自杀死亡）及年龄、性别、死后间隔（postmortem interval, PMI）匹配的对照20例（男女各半）。取DLPFC（Brodmann area 9）及海马头部，液氮冻存研磨。总RNA用miRNeasy Mini Kit提取并DNase消化，反转录为cDNA，采用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）检测目标基因（BCAN、NCAN、VCAN、ADAMTS1、ADAMTS8、CSGALNACT1、SEMA3A、TNR、ST8SIA4），内参基因为RPS27A、PGK1、GAPDH（经geNorm筛选）。蛋白经RIPA类裂解液提取，BCA法定量，SDS-PAGE电泳转PVDF膜，一抗分别为抗SEMA3A（山羊）、ADAMTS8（小鼠单抗）、ST8SIA4（兔多克隆）及β-actin，二抗HRP标记，ECL显色成像；全队列同步上样并设凝胶间校正池样本，每个样本4次技术重复。统计分析先进行Grubbs检验剔除离群值，Shapiro-Wilk及Levene检验判断正态与方差齐性，ANCOVA评估年龄、PMI、死因、抗抑郁药影响，组间比较用t检验或Mann-Whitney U检验，按预设分别对两性合并、女性分层、男性分层分析，未做多重较正，p＜0.05为显著。

研究结果

3.1. CSPG gene expression (BCAN, NCAN, VCAN) is unaltered in the DLPFC and hippocampus in major depressive disorder

研究人员通过qRT-PCR检测DLPFC与海马中三种核心lectican CSPG（BCAN、NCAN、VCAN）mRNA，在MDD与对照组间无论两性合并还是分性别比较均无显著差异，表明本研究中MDD并未引起此三类CSPG转录水平改变。

3.2. ADAMTS8 gene expression is decreased in the DLPFC, but not the hippocampus, in major depressive disorder

ECM重塑酶基因检测发现，DLPFC中ADAMTS8 mRNA在MDD组较对照组显著降低（p＝0.01636），海马无差异；女性分层未达显著，男性呈降低趋势（p＝0.06525）；ADAMTS1与CSGALNACT1在两脑区及各性别分组中均无差异。提示ADAMTS8下调可能为DLPFC特异性的ECM重塑缺陷标志。

3.3. SEMA3A is decreased and ST8SIA4 shows a trend-level decrease in DLPFC gene expression in major depressive disorder

细胞-ECM互作调节分子基因检测显示，DLPFC中SEMA3A mRNA在男性MDD组显著低于男性对照（p＝0.0026），两性合并及女性分层无差异；TNR无差异；ST8SIA4 mRNA在女性MDD组呈降低趋势（p＝0.05782），男性及合并分析无差异；海马中所有分子均无组间差异。表明SEMA3A与ST8SIA4转录改变具性别及脑区特异性。

3.4. SEMA3A protein is increased in the DLPFC and decreased in the hippocampus, with ST8SIA4 decreased in the DLPFC, in major depressive disorder

Western blot检测选定蛋白发现：DLPFC中ADAMTS8蛋白无差异；SEMA3A蛋白在MDD组升高（p＝0.02816），男性分层亦显著升高（p＝0.04138），女性无差异；ST8SIA4蛋白在MDD组降低（p＝0.02139），分性别无差异。海马中ADAMTS8蛋白无差异；SEMA3A蛋白在MDD组降低（p＝0.03245），男性呈降低趋势；ST8SIA4蛋白无差异。说明SEMA3A蛋白存在脑区反向变化且与mRNA解离，提示转录后调控；ST8SIA4蛋白降低呼应女性中基因降低趋势。

讨论与结论总结

研究人员讨论指出，CSPG（BCAN、NCAN、VCAN）未变与部分慢性应激动物模型及其他人脑白质ECM研究一致，不排除phosphacan或aggrecan（ACAN）等其它CSPG改变可能，且ACAN因细胞局限表达在本研究bulk组织中未可靠扩增。ADAMTS8在DLPFC而非海马下调支持ECM重塑具区域特异性，ADAMTS家族降解CSPG以促轴突生长及可塑性，其降低可致ECM僵化，与心境障碍假说相符，且部分抗抑郁药可上调MMP-9促进PNN重塑，进一步支持ECM修饰酶在MDD中作用。SEMA3A男性DLPFC mRNA降低但蛋白升高提示microRNA或泛素-蛋白酶体系统参与转录后调控，海马SEMA3A蛋白降低则与近期报道MDD海马PNN密度下降相呼应；SEMA3A参与PNN及抑制性突触调节，雄性特异性改变与动物慢性应激诱导PV⁺中间神经元PNN增加及抑郁样行为相符。ST8SIA4女性DLPFC mRNA降低趋势伴整体蛋白降低，提示女性或多巴胺能/边缘系统相关PSA-NCAM通路更易受影响，与慢性应激致海马PSA-NCAM降低文献呼应。TNR未变提示PNN骨架稳定性部分保留。性别差异可能受雌激素调控MMP/ADAMTS/TIMP、基线PNN性二态性及性依赖ECM蛋白酶功能影响。

综上，本研究首次在人尸检DLPFC与海马中系统检测ECM核心分子，发现MDD中存在区域依赖性ECM相关基因与蛋白改变——DLPFC中ADAMTS8 mRNA降低，SEMA3A蛋白升高而ST8SIA4蛋白降低；海马中SEMA3A蛋白降低；SEMA3A与ST8SIA4转录改变呈性别分层特征（男性SEMA3A mRNA降低，女性ST8SIA4 mRNA降低趋势）。这些改变支持ECM重塑与神经可塑性受损参与MDD病理生理，并凸显ECM作为MDD潜在治疗靶点的价值，同时强调未来需更大样本、单细胞/原位技术及整合转录-蛋白质组学深入解析。