RPLP2通过肌肉-脑通信介导运动对应激抵抗的有益作用

《Advanced Science》：RPLP2 Mediates the Beneficial Effects of Exercise on Stress Resistance Through Muscle–Brain Communication

　　

焦虑障碍对公共卫生构成了沉重负担。尽管运动已日益被确立为一种可用于预防和缓解焦虑症状的有效策略，但其发挥作用的分子机制仍不清楚。研究人员此前开展了一项为期8周的随机对照试验，结果提示，运动不仅显著降低了焦虑水平，还可触发酸性核糖体蛋白P2（RPLP2）由外周组织释放进入血液循环。升高的循环RPLP2水平与患者焦虑严重程度呈负相关，提示该蛋白可能具有治疗作用。进一步的小鼠实验确认，来源于骨骼肌的RPLP2可通过促进海马神经发生发挥抗焦虑效应。在机制上，RPLP2促进核糖体定位并提高核糖体亚基组装效率，从而增强局部蛋白质合成，支持新生神经元的发育与成熟。而这些神经元的成功成熟反过来促进形态学与功能性突触可塑性，这对于新生神经元整合进入海马回路并实现功能成熟至关重要。综上，研究结果揭示了一条此前未知的、由RPLP2介导的肌肉-脑轴，为运动诱导的应激抵抗提供了机制性证据。

该研究发表于《Advanced Science》，围绕“运动为何能够缓解焦虑并增强应激抵抗”这一核心问题展开。焦虑障碍患病率高、社会负担重，现有以选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs）为代表的治疗手段存在应答不足和不良反应等局限，因此亟须寻找新的生物学机制与干预靶点。运动作为安全有效的非药物策略，已被反复证明可改善焦虑症状，但外周器官，尤其是骨骼肌，如何通过体液信号影响中枢神经系统并产生抗焦虑效应，仍缺乏清晰机制。研究人员据此提出，运动可能通过肌源性循环因子调控海马可塑性，进而增强应激适应。研究最终鉴定出酸性核糖体蛋白P2（RPLP2）这一运动响应分子，证明其是连接骨骼肌与海马神经发生的重要介质，并阐明其通过促进核糖体亚基组装、增强局部蛋白翻译、推动新生神经元形态与功能成熟来介导运动的抗焦虑作用。这一发现不仅拓展了对运动-脑通信机制的认识，也提示RPLP2可能成为焦虑障碍的循环生物标志物和潜在治疗候选分子。

在技术方法方面，研究采用了人群与动物、体内与体外相结合的多层次研究框架。人群部分包括2021年开展的8周随机对照试验（RCT）及独立焦虑障碍患者/健康对照血清队列，结合血清蛋白质组学（LC-MS/MS）、ELISA、相关性分析和机器学习筛选候选因子。动物部分建立自愿跑轮运动模型、慢性固定应激（CIS）模型，并通过腺相关病毒（AAV）在海马齿状回（DG）或后肢骨骼肌特异性敲低/过表达RPLP2，结合行为学、免疫荧光、免疫印迹、RT-qPCR、尾静脉注射重组rRPLP2、神经电生理和示踪检测。细胞部分使用神经干/祖细胞（NSPCs）与肌细胞条件培养基体系、核糖体提取、嘌呤霉素掺入实验、活细胞成像及RNA测序（RNA-seq）解析机制。

2.1 Exercise Relieves Anxiety and Increases Circulating RPLP2 Levels
研究人员首先在人群中验证运动与RPLP2的关联。8周中等强度有氧运动显著缓解受试者焦虑症状。进一步对跑步组与非跑步组血清进行蛋白质组学分析，发现67种差异表达蛋白，其中RPLP2既属于差异蛋白，又与Zurich自评焦虑量表（SAS）评分呈负相关。结合增量特征选择（IFS）与集成投票分类器构建的机器学习模型后，RPLP2被保留在最优特征子集中，且单独区分运动状态时具有较高曲线下面积（AUC）。随后，研究通过两个人群ELISA验证队列证实：运动后跑步组血清RPLP2水平显著升高，且与SAS评分负相关；在焦虑障碍患者队列中，RPLP2水平低于健康对照，并与GAD-7评分负相关。该部分结论是：循环RPLP2与运动暴露及焦虑严重程度稳定相关，提示其可能是运动相关抗焦虑效应的重要候选介质。

2.2 Exercise Increases Circulating RPLP2 Levels and Alleviates Impaired Neurogenesis in Stressed Mice
在小鼠中，研究人员首先观察到跑台运动可随持续时间延长而提高循环RPLP2水平，60 min后升高尤为明显。为避免强迫运动应激干扰，进一步采用自愿跑轮模型联合慢性固定应激（CIS）模型。行为学结果显示，CIS诱导明显焦虑样行为，而运动能够缓解这种异常表现。血清ELISA及免疫印迹显示，CIS降低循环RPLP2水平，而运动可纠正这一变化。与此同时，运动提高了海马RPLP2蛋白表达。通过5-乙炔基-2′-脱氧尿苷（EdU）和doublecortin（DCX）标记，研究证实CIS减少EdU⁺、DCX⁺以及EdU/DCX双阳性细胞，提示神经发生的增殖与分化环节均受损；运动则显著逆转这些损伤。该部分表明：运动诱导的RPLP2升高与海马神经发生恢复及焦虑缓解相伴发生。

2.3 Hippocampal RPLP2 Ablation Induces Anxiety-Like Behaviors That Can be Reversed by Exercise
为检验海马RPLP2的因果作用，研究人员利用AAV-shRPLP2在齿状回特异性敲低RPLP2。结果显示，DG区RPLP2下调显著抑制神经发生，并诱导焦虑样行为，而不影响基础运动能力。值得注意的是，自愿运动可恢复这类小鼠的海马RPLP2蛋白水平，进而挽救神经发生缺陷和行为异常；但运动并未恢复海马RPLP2的mRNA水平，提示海马RPLP2蛋白增加并非源于局部转录上调，而更可能来自外周输入。接着，研究比较多器官RPLP2表达，发现骨骼肌基础表达最高，且运动后仅肌肉中RPLP2 mRNA显著上调。进一步在后肢肌肉特异性敲低RPLP2后发现，在生理条件下单纯肌肉RPLP2缺失并不足以引起焦虑样行为或海马神经发生异常，且不改变海马RPLP2水平。该结果说明：海马RPLP2对维持神经发生和情绪行为具有关键作用，而肌源性RPLP2更可能在应激或海马脆弱状态下发挥补偿性保护作用。

2.4 Muscular RPLP2 Is Important for Transferring Exercise-Mediated Anxiolysis in Mice With Ablated Hippocampal RPLP2
为进一步验证肌肉-脑轴，研究人员设计了骨骼肌与海马双位点RPLP2敲低实验。在海马已敲低RPLP2的背景下，若再敲低后肢肌肉RPLP2，则运动不再能够提升海马RPLP2蛋白水平，也无法恢复EdU⁺、DCX⁺及EdU/DCX双阳性细胞数量，行为学上运动的抗焦虑效应亦被明显削弱。随后，为直接证明肌源性RPLP2能够到达海马，研究人员在后肢肌肉中过表达带血凝素标签的RPLP2（HA-RPLP2），发现HA信号主要局限于骨骼肌，在非肌性外周器官中不明显，但可在血清和海马中检测到，并富集于海马及DCX⁺细胞。该部分清晰表明：在海马RPLP2不足的条件下，运动诱导的肌源性RPLP2是恢复海马可塑性和应激抵抗的重要转运信号。

2.5 RPLP2 Promotes Ribosomal Localization and Dynamic Assembly in NSPCs
在机制层面，研究人员分离培养神经干/祖细胞（NSPCs），并用肌细胞条件培养基（MCCM）进行干预。将MCCM中的RPLP2免疫去除后，NSPCs的增殖和分化均下降，说明肌细胞来源RPLP2对神经发生具有直接促进作用。进一步使用含HA-RPLP2的MCCM培养NSPCs，研究在细胞及其核糖体组分中检测到HA信号，证明肌源性RPLP2可被神经前体细胞摄取并整合入其核糖体。Cy5.5标记rRPLP2尾静脉注射实验显示其可穿越血脑屏障（BBB）到达DG区；细胞共染结果提示其经内吞作用进入细胞，部分进入溶酶体，部分可能释放到胞质发挥功能。活细胞成像显示，rRPLP2刺激后10 s内大亚基标记RPL24与小亚基标记RPS6共定位迅速增加，提示核糖体亚基装配加快；该效应为短暂动态变化。亚细胞定位分析进一步发现，RPLP2促进核糖体由核/核周区域向胞质和树突重新分布。嘌呤霉素掺入实验表明rRPLP2增强新生蛋白合成，并重现MCCM促进NSPCs增殖分化的效应。该部分结论是：RPLP2通过促进核糖体定位转移和亚基快速组装，提高局部翻译效率，从而支持神经发生。

2.6 RPLP2 Is Required for Transcriptional Landscape Underlying NSPC Proliferation and Neuronal Development
RNA测序显示，与对照相比，RPLP2敲低显著下调264个基因；而在敲低背景补充rRPLP2后，又有953个基因上调。研究进一步筛得108个在RPLP2沉默及恢复过程中呈双向调控的基因。Gene Ontology（GO）富集分析显示，这些基因主要涉及离子结合、细胞外基质（ECM）及转录调控；Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）分析提示其富集于细胞发育和突触可塑性相关通路。基因集富集分析（GSEA）进一步显示，RPLP2敲低损害轴突和树突发育相关基因集富集，而外源rRPLP2可恢复这些转录程序。该部分说明：RPLP2不仅促进NSPCs增殖分化，还协调神经形态建立和突触功能成熟所需的基因表达网络。

2.7 rRPLP2 Treatment Recapitulates Exercise-Induced Benefits by Enhancing Plasticity Among Newborn Neurons in Stressed Mice
最后，研究人员通过尾静脉周期性注射重组rRPLP2，模拟运动诱导的循环RPLP2升高，并在CIS小鼠中评估其是否复制运动效应。结果表明，系统给药可恢复海马RPLP2蛋白水平。利用逆转录病毒标记DG新生神经元后发现，CIS导致树突复杂度和总长度下降，而rRPLP2显著改善这些形态学指标。进一步的棘突分析显示，CIS减少成熟型蘑菇状棘突和总棘突密度，rRPLP2则明显恢复。膜片钳记录显示，CIS降低动作电位（AP）发放频率并提高AP阈值，而rRPLP2可将其恢复至接近对照水平。与此同时，rRPLP2增加EdU⁺、DCX⁺和EdU/DCX双阳性细胞数量，并在高架十字迷宫和明暗箱实验中显著缓解焦虑样行为。该部分结论是：外源rRPLP2能够在应激状态下重建海马神经发生，促进新生神经元结构与功能成熟，并复制运动的抗焦虑效应。

讨论部分指出，本研究将RPLP2纳入运动诱导外周信号分子谱系，提出其不仅是一个新的肌因子（myokine），还代表一种与翻译调控密切相关的运动响应信号，从而拓展了外周-中枢通信的分子范式。研究证明，在慢性应激或海马RPLP2缺失等脆弱背景下，肌源性RPLP2是运动恢复海马神经发生和行为改善的重要效应分子。海马虽然是本研究重点作用脑区，但作者同时指出，焦虑相关脑网络还包括杏仁核和前额叶皮层（PFC）等区域，RPLP2在这些脑区的作用尚待系统评估。机制上，RPLP2连接了运动相关外周信号与中枢核糖体动态调控、局部蛋白翻译、新生神经元成熟及突触可塑性等过程。论文也强调了若干局限，包括RPLP2体内药代动力学、跨BBB机制、受体或直接下游信号通路、与SSRIs疗效比较，以及其作为长期临床生物标志物和治疗策略的验证，仍需后续研究。

研究结论部分可译为：总之，本研究结果提示，来源于肌肉的RPLP2通过促进海马中的核糖体组装和神经发生，介导了运动的抗焦虑效应。这些结果阐明了驱动运动诱导应激韧性的分子通路，并提示RPLP2可能成为焦虑障碍治疗策略中的一种有前景的候选分子。