海马神经元颗粒蛋白前体介导雌激素缺乏诱导的情感脆弱性和溶酶体-自噬功能障碍

《Molecular Psychiatry》：Hippocampal neuronal progranulin mediates estrogen?deficiency?induced affective vulnerability and lysosomal-autophagic dysfunction

　　

围绝经期女性通常面临情绪障碍（包括焦虑和抑郁）的更高风险。雌激素下降增加了对情绪障碍的易感性，但应激弹性的分子机制仍不清楚。研究人员确定海马神经元颗粒蛋白前体（PGRN），一种分泌性神经保护糖蛋白，是雌激素缺乏条件下情感弹性的关键调节因子。卵巢切除术（OVX）降低海马神经元PGRN表达并诱导焦虑和抑郁样行为，而雌二醇补充可恢复PGRN水平和行为。腺相关病毒（AAV）介导的PGRN过表达可缓解OVX、4-乙烯基环己烯二环氧化物（4-VCD）诱导的卵巢衰竭和自然衰老模型中的情感缺陷，而神经元（而非小胶质细胞）Grn缺失会加剧应激易感性。机制上，PGRN恢复溶酶体蛋白酶活性，正常化自噬流，激活AMP活化蛋白激酶（AMPK）磷酸化，并挽救蘑菇状棘突丢失，从而恢复细胞和突触稳态。脑内重组PGRN可挽救OVX诱导的行为缺陷，而血脑屏障（BBB）可渗透片段颗粒蛋白-E（GRN?E）在全身给药后提供类似保护。总之，这些发现表明海马神经元PGRN将雌激素信号与溶酶体-自噬通路和突触可塑性联系起来，并强调PGRN或其活性片段是围绝经期抑郁和焦虑的有前景的治疗靶点。

**论文解读：海马神经元颗粒蛋白前体（PGRN）在雌激素缺乏所致情感脆弱性及溶酶体-自噬功能障碍中的关键作用**

**研究背景与问题**
围绝经期女性因雌激素水平下降而面临更高的情绪障碍风险，包括焦虑和抑郁，但其潜在分子机制尚不明确。颗粒蛋白前体（PGRN）是一种由GRN基因编码的分泌性神经保护糖蛋白，在中枢神经系统广泛表达，参与神经发育、神经保护和免疫调节。已有证据表明PGRN是雌激素反应基因，且其表达异常与情绪行为相关，如额颞叶痴呆（FTD）患者的GRN突变常伴随焦虑和抑郁症状，Grn敲除小鼠也表现出焦虑样行为。然而，PGRN在围绝经期雌激素撤退后是否表达改变，以及其通过何种机制发挥神经保护作用，仍不清楚。此外，PGRN对溶酶体功能至关重要，可调节组织蛋白酶D（CTSD）活性并维持自噬流，而溶酶体-自噬通路在神经元应激弹性中发挥关键作用。因此，本研究旨在探讨PGRN是否介导围绝经期雌激素缺乏相关的应激脆弱性，并阐明其是否通过维持神经元溶酶体和自噬功能发挥保护作用。该论文发表在《Molecular Psychiatry》。

**主要技术方法**
研究人员采用多种模型与方法：1）卵巢切除术（OVX）小鼠模型模拟围绝经期雌激素缺乏，同时使用4-乙烯基环己烯二环氧化物（4-VCD）诱导的卵巢衰竭模型和12月龄自然衰老模型；2）通过腺相关病毒（AAV）在海马过表达或敲除PGRN，以及利用Grn^flox/flox小鼠与Tmem119-CreERT2小鼠实现小胶质细胞特异性Grn敲除；3）行为学测试包括旷场实验（OFT）、高架十字迷宫（EPM）、零迷宫（EZM）、悬尾实验（TST）和强迫游泳实验（FST）；4）分子技术包括qPCR、Western blot、RNAscope原位杂交结合免疫荧光、重组蛋白表达与纯化、原代海马神经元及人胚胎干细胞（hESC）来源神经元培养；5）细胞器功能评估包括溶酶体酸化（LysoSensor）和蛋白酶活性（DQ-BSA-Green）检测；6）稀疏标记和Golgi-Cox染色观察树突棘形态；7）人类海马样本数据来自GTEx数据库。

**研究结果**
**1. 去卵巢（OVX）小鼠海马Grn表达降低与焦虑和抑郁样行为相关**
qPCR和Western blot显示OVX显著降低海马Grn mRNA和PGRN蛋白水平，而内侧前额叶皮层（mPFC）无变化；相关性分析表明海马Grn表达与OFT中心时间正相关。GTEx数据库分析显示人类海马GRN与ESR1（雌激素受体α）表达正相关。雌二醇（E2）治疗恢复Grn表达并改善行为。RNAscope证实OVX选择性降低神经元Grn表达，小胶质细胞无变化；原代神经元中E2通过雌激素受体α（ERα）上调Grn。

**2. 海马PGRN过表达挽救雌激素缺乏模型中的情感缺陷**
在OVX、4-VCD和自然衰老模型中，海马注射AAV-PGRN均有效增加PGRN表达，并显著改善焦虑和抑郁样行为，如增加OFT中心进入次数、EPM/EZM开臂时间，减少TST/FST不动时间，部分模型OFT无显著变化。

**3. 海马神经元Grn敲除加剧OVX小鼠的焦虑和抑郁样行为**
利用Grn^flox/flox小鼠注射AAV-hSyn-Cre实现神经元特异性Grn敲除，导致OFT中心时间、EZM开臂时间减少，FST不动时间增加。而小胶质细胞特异性Grn敲除（Tmem119-CreERT2）不影响行为，表明神经元PGRN是情感调节的关键。

**4. 海马Grn表达降低与溶酶体和自噬功能障碍相关**
OVX后CTSD免疫反应性和蛋白（pCTSD和mCTSD）增加，但酶活性降低，提示代偿性上调；PGRN过表达恢复酶活性。OVX导致LC3-II降低、p62升高，指示自噬流受损；PGRN过表达恢复LC3-II和p62水平，并激活AMPK磷酸化（Thr172），而mTOR磷酸化不变。PGRN还恢复BDNF表达，挽救OVX诱导的蘑菇状棘突丢失，但未影响神经发生。

**5. PGRN干预改善OVX诱导的情感缺陷**
脑内注射重组PGRN增加OFT中心时间、EZM开臂时间，减少FST不动时间，但EPM和TST效果不显著。全身给予BBB可渗透的GRN-E片段同样改善焦虑和抑郁样行为，并降低CTSD蛋白、增加LC3-II、激活AMPK磷酸化，增加树突棘密度。

**6. PGRN和GRN-E通过增强突触形成和神经元兴奋性促进弹性**
在原代海马神经元中，PGRN和GRN-E处理减少pCTSD和mCTSD，增加LC3-II，增强溶酶体酸化和降解能力，激活AMPK，增加树突棘密度、突触蛋白PSD95和SYN1水平，以及c-Fos阳性神经元比例。在hESC来源神经元中，E2上调PGRN，PGRN同样减少CTSD、激活AMPK、增加LC3-II和溶酶体酸化、增强突触蛋白和神经元活性。

**总结与讨论**
本研究揭示了海马神经元PGRN在雌激素缺乏条件下的情感弹性调节中的关键作用。PGRN表达受雌激素/ERα信号调控，其缺失导致溶酶体蛋白酶活性下降、自噬流受阻、AMPK失活及突触丢失，进而增加情感脆弱性。PGRN或GRN-E通过恢复这些通路发挥保护作用。研究局限性包括：ERα介导的转录机制尚需明确；GRN-E的药代动力学和长期安全性需进一步评估；其他脑区及环路层面的影响有待探索；昼夜节律因素可能影响结果。研究结论翻译：总之，这些发现将神经元PGRN确定为雌激素状态与支持情感弹性的溶酶体-自噬-突触通路之间的机制联系，并提名PGRN/GRN?E作为治疗围绝经期情绪障碍的有前景候选药物。