Дисфункционална астроцитна регулација преноса глутамата у моделу депресије код штакора | молекуларна психијатрија

Дисфункционална астроцитна регулација преноса глутамата у моделу депресије код штакора | молекуларна психијатрија

Anonim

Субјекти

  • Ћелијска биологија
  • Депресија
  • Синаптички пренос

Апстрактан

Депресија је обично повезана с променама у моноаминергичком систему. Међутим, нови докази указују на умешаност глутаматергичког система у етиологију депресије. Овде смо истражили глутаматергички систем у моделу депресије штакора (тј. Осетљивој линији флиндра (ФСЛ)) да бисмо открили механизам који стоји у основи емоционалних и когнитивних аспеката повезаних са болешћу. Показали смо драматично повишен ниво основног глутаматергичког синаптичког преноса снимкама целих ћелија, као и оштећење дугорочног потенцирања изазваног високофреквентном стимулацијом код крижања хипокампала ФСЛ штакора у поређењу са штакорима Спрагуе-Давлеи. На нивоу понашања, ФСЛ штакори су показали оштећење меморије препознавања у тесту препознавања новог објекта. Анализом селективне хроматографије утврђени су нижи нивои Д-серина у хипокампусу ФСЛ пацова, а применом Д-серина обновљени су и синаптичка пластичност и оштећења памћења. Такође смо приметили дисфункционалну астроцитну регулацију глутамата, укључујући смањивање преноса глиа глутамата ГЛАСТ, као што показује Вестерн блот. Једна је могућност да дисфункционални поновни унос астроцитног глутамата покреће низ догађаја, укључујући смањење производње Д-серина као безбедносног механизма за избегавање прекомерна активације НМДА рецептора, што заузврат узрокује уочене поремећаје пластичне снаге и памћења. Ови налази отварају нове циљеве мозга за развој снажнијих и ефикаснијих антидепресива.

Увод

Депресија је уобичајена, инвалидна болест с високим трошковима за друштво, 1 коју карактеришу и емоционални и когнитивни симптоми. Међутим, веза између ова два симптома депресије је слабо разумљива. Тренутно коришћене терапије нису погодне за лечење свих пацијената, а епизодни дефицит у памћењу и учењу који су повезани са депресијом често траје и након што се емоционални симптоми разреше. 3, 4, 5 Ове неподударности могу сугерисати укључивање различитих механизама у настанак ова два кључна аспекта депресије. 6 С друге стране, клиничке студије су показале да когниција има улогу у регулацији емоција, 7 и супротно - односно да когнитивни пад може пратити емоционалне симптоме - такође је описано. 8 Тако је могуће да је неистражени заједнички механизам укључен у етиологију когнитивних и емоционалних аспеката депресије.

Недавно су се нове студије усредсредиле на проблеме глутатергичког система мозга који су у депресији. 9, 10, 11 Клиничке студије су објавиле да су глутаматергичне абнормалности у плазми, серуму, цереброспиналној течности и можданом ткиву депресивних пацијената (за преглед, види Санацора ет ал. 12 ), а експерименталне студије на животињским моделима депресије сугерисале су импликацију дискретних још потенцијално интерактивни механизми у генези глутаматергичких абнормалности. 13 Ови механизми укључују неуропластичност, 14 неурогенезу 15 и дисфункционалну астроцитну регулацију преноса глутамата. 16, 17 Занимљиво је да су сви ови механизми повезани са дефицитом меморије. 18, 19 Међутим, мало се зна о томе како ове промене утичу на функцију глутаматергичних неуроциркута у депресији и њихов тачан допринос различитим депресивним симптомима. Штавише, иако су ове студије сугерисале да је глутаматергички систем измењен у неколико регија мозга, смањење величине хипокампуса један је од најчешће описаних налаза код депресивних пацијената. 20

С обзиром на истакнуту улогу коју хипокампус има у памћењу 21 и његову потенцијалну улогу у емоционалним симптомима, 22 упитали смо који би молекулски и ћелијски механизам хипокамп могао да се укључи у емоционалне и когнитивне симптоме депресије. Користили смо сој пацова осетљивих линија према сензору флиндерс (ФСЛ), добро потврђени модел депресије код животиња. ФСЛ сој показује неколико депресивних одговора у различитим тестовима понашања, укључујући смањено прешање притиска траке ради награде, повећану непокретност при тесту присилног пливања и повећано смрзавање као одговор на шок. Поред тога, показали су да ФСЛ штакора повећава РЕМ сан, смањује имунолошки одговор и смањује апетит 23 и у новије време, показало се да ФСЛ штакори показују смањену емоционалну меморију. 24 На нивоу хипокампуса, ови штакори су смањили волумен хипокампуса и нижу густину кичме 25, као и оштећења синаптичке пластичности. 26

Истражили смо глутаматергички систем у хипокампусу ФСЛ штакора користећи комбинацију електрофизиолошког, молекуларног и бихевиоралног приступа. На основу наших резултата предлажемо механизам у којем дисфункционална астроцитна регулација глутамата утиче на глутаматергички пренос, изазивајући тако дефицит меморије који се може обновити независно од емоционалних аспеката депресије.

Резултати

Појачана синаптичка глутаматергичка активност и смањена синаптичка пластичност у хипокамима ФСЛ пацова

Да бисмо упоредили глутаматергички пренос код ФСЛ пацова са контролним (тј. СД) пацовима, користили смо снимке патцх-цламп целокупних ћелија и измерили сЕПСЦ у кришке хипокампа код младих (П16-П23) СД и ФСЛ пацова. Учесталост сЕПСЦ догађаја код ФСЛ штакора је била 7, 8 ± 1, 6 Хз, што је значајно веће од фреквенције у пацова СД (2, 3 ± 0, 2; П = 0, 0002, Манн-Вхитнеи тест) (слике 1а и б). Запањујуће, није било разлике ни у амплитуди (Слика 1б), ни у кинетичности ових догађаја (Додатна табела 1). Да бисмо процијенили разлике у одговору на појединачне синаптичке везикуле из појединих синапси, забиљежили смо минијатурне ЕПСЦ-ове из истих ћелија у присуству 0, 5 µМ тетродотоксина (слике 1ц и д). За разлику од спонтане активности у одсуству тетродотоксина, није примећена разлика код ФСЛ штакора у поређењу са СД штакора ни у минијатурној ЕПСЦ фреквенцији ни у амплитуди (Слика 1д). Поред тога, нисмо приметили значајну разлику у нивоима експресије протеина подјединица рецептора глутамата НР1, НР2А, ГлуР1 и ГлуР2 (слике 1е и ф), иако је примећен незначајан тренд пада у НР1 подјединици НМДА рецептора ( П = 0, 15, Манн-Вхитнеи тест). Овај тренд, међутим, није био праћен променама евоцираног НМДА-фЕПСП (допунска слика 1а). Наши подаци тако показују да повећана фреквенција сЕПСЦ код ФСЛ пацова није због промена посебно на ексцитацијским синапсама. Уместо тога, то може бити узроковано смањеном инхибицијом. Међутим, кад смо снимали сИПСЦ, нисмо приметили никакву разлику у фреквенцији или амплитуди између ФСЛ штакора и СД пацова (допунска слика 2).

Image

ФСЛ пацови су повећали глутаматергичку синаптичку активност и смањили синаптичку пластичност. ( а ) Репрезентативни трагови сЕПСЦ-а снимљени са контроле (СД; горе) и ФСЛ штакора (доле). ( б ) У поређењу са контролама (СД; Н = 28 ћелија), ФСЛ пацови ( Н = 36 ћелија) показали су значајно повећање фреквенције сЕПСЦ (лево; *** П = 0, 0002; Манн-Вхитнеи), али не разлика у амплитуди (десно; 19, 3 ± 1 вс 18, 9 ± 0, 7 пА). ( ц ) Репрезентативни трагови минијатурних ЕПСЦ-а (мЕПСЦ-а) забиљежени из кришка хипокампуса контролне (СД) и ФСЛ пацова. ( д ) Квантификација фреквенције (СД вс ФСЛ (Хз): 1, 23 ± 0, 26 вс 1, 18 ± 0, 27) и амплитуде (пА: 15, 09 ± 0, 88 вс 15, 39 ± 1, 12) мЕПСЦ показује сличне средње вредности између група ( Н = 13 ћелија, пет животиња у групи). ( е ) Репрезентативне западне мрље за НР1, НР2А, ГлуРл, ГлуР2 и Винцулин из хипокампних хомогената контролних (СД) и ФСЛ пацова. ( ф ) Анализа дензитометрије за НР1, НР2А, ГлуР1, ГлуР2 нормализована на Винцулин (и у односу на контролу (СД)) показује нормалне укупне нивое експресије АМПА и НМДА рецептора код ФСЛ пацова ( Н = 5 животиња у групи). ( г ) Измерен је ЛТП синтезе пирамидалних ћелија (СЦ) -ЦА1 пирамидалних ћелија као што је нагиб фЕПСЦ нормализован до просечног нагиба пре ХФС. Време 0 означава почетак ХФС (отворени кругови, просечни подаци са контролних (СД) кришки ( Н = 6 кришки, 4 животиње), затворени кругови, просечни подаци из ФСЛ одсека ( н = 8 кришки, 4 животиње)). Трагови показују карактеристичну фЕПСП пре (чврсти трагови) и 45 мин после (испрекидани трагови) ЛТП индукцију. ( х ) Резиме експеримената приказаних на панелу г. Индукција (лево; 1–5 мин после 3ХФС; ** П = 0, 008; Манн-Вхитнеи) и одржавање (десно; 40–45 мин после 3ХФС; ** П = 0, 002; Манн-Вхитнеи) ЛТП-а је озбиљно погођени ФСЛ пацовима у поређењу са СД пацовима. Подаци бар-графикона представљају средство ± сем У панелу г, вертикална трака скале представља 0, 5 мВ, а хоризонтална скала скале представљају 10 мс.

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Да бисмо истражили да ли је ЛТП у хипокампу ФСЛ штакора такође измењен, снимили смо Сцхаффер-ов евоцирани фЕПСП у страатуму зрачења хипокампних кришки одраслих пацова СД и ФСЛ. Код пацова СД примјена ХФС-а индуцирала је робустан ЛТП (на 198 ± 8% од почетне вриједности 40–45 мин након индукције), док је код ФСЛ пацова индукција и одржавање ЛТП-а значајно ослабљена (146 ± 6% након 1–5 мин и 121 ± 13% након 40–45 мин, респективно) (Слике 1 г и х). Извођени АМПАР-фЕПСП и упарено пулсирање су слични између група (допунска слика 1). Занимљиво је да су зубни гроздови пацова ФСЛ показали нормалан ЛТП (допунска слика 3).

Меморија за препознавање нових предмета код ФСЛ и СД штакора

Затим смо истражили меморију зависну од хипокампуса код ФСЛ штакора користећи задатак препознавања новог објекта (НОР) (слика 2а) као тест епизодне меморије. 29 У складу са смањеним мотивационим стањем које је повезано са депресијом, ФСЛ пацови су провели знатно мање времена него контролни пацови истражујући објекте током 15-минутне сесије истраживања ( П = 0, 01, Манн-Вхитнеи тест) (Слика 2б). Стога смо време за истраживање објеката у пацовима СД ускладили са временом ФСЛ пацова (види Материјали и методе). У 5-минутној сесији испитивања 24 сата након 15-минутне сесије истраживања, ФСЛ пацови су показали слабије перформансе у НОР задатку у односу на контролне СД пацове ( П = 0, 007, Манн-Вхитнеи тест) (Слика 2ц, десно). Такође смо тестирали краткорочну меморију пацова користећи 5-минутно тестирање 1 сат након 5-минутне сесије истраживања. Опет, СД пацови су провели значајно више времена истражујући нови предмет, док ФСЛ штакора нису разликовали роман од познатог објекта, а индекс препознавања између група био је значајно различит ( П = 0, 016, Манн-Вхитнеи тест) (слика 2ц, лево ).

Image

Штакори ФСЛ показују оштећену истражитељску и препознавајућу меморију током НОР задатка. ( а ) Шема која приказује протокол за НОР задатак. А, Б и Ц представљају различите објекте који се користе током задатка. С0, С1 и С2 представљају различите фазе: хабитуацију, истраживање и испитивање, респективно. ( б ), Током 15 мин фазе истраживања (С1) НОР теста, ФСЛ пацови су провели значајно мање времена истражујући оба објекта (објекте А и Б) у поређењу са контролним (СД) пацовима (58, 36 ± 2, 9 у односу на 89, 45 ± 5, 1 с, односно; П = 0, 01, Манн-Вхитнеи тест). Унутар сваке групе, пацови су у просеку провели исту количину времена истражујући сваки од два објекта (однос А / објект Б је био 0, 90 ± 0, 06 (СД) у односу 0, 92 ± 0, 08 (ФСЛ). ( Ц ) Кад су штакори били дозвољено је једнако време истраживања у трајању од највише 5 или 15 минута сесије учења (С1) пацови СД и даље су препознали познати објект после 1 или 24 сата, док ФСЛ штакора нису. Меморија препознавања изражена је као индекс препознавања ( РИ), која се израчунава као ((време истраживања новог предмета (Ц) - време истраживања познатог објекта (А)) / (укупно време истраживања (А + Ц))) ( * П = 0, 0159, ** П = 0, 007, Манн-Вхитнеи; Н = 6–9 животиња у групи) У ( б ) и ( ц ) резултати представљају средњу вредност ± сем

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Смањени нивои Д-серина у хипокамима ФСЛ штакора повезани су са недостатком ЛТП-а и меморије, али не и са емоционалним симптомима

Пошто је ЛТП у ЦА1 региону хипокампуса зависан од Д-серина, 30 тестирали смо да ли можемо да обновимо ин витро ЦА1-ЛТП код ФСЛ штакора додавањем засићене дозе Д-серина (100 μМ). Код ФСЛ пацова, ин витро ЦА1-ЛТП је обновљен (до 170 ± 12% од основне линије) применом Д-серина 10 мин пре ХФС (Слике 3а и б). Занимљиво је да је код СД пацова Д-серин имао само незнатан утицај на ЛТП (допунска слика 4), што сугерише да је ткивна доступност Д-серина ограничавајући фактор код ФСЛ штакора, али не и код СД пацова. Заиста, мерење садржаја Д-серина у хипокампалним хомогенатима из СД и ФСЛ штакора помоћу енантиоселективне хроматографије показало је дубоко смањење нивоа Д-серина у ФСЛ у односу на СД пацове (138, 3 ± 7, 7 пмол мг −1 протеина у односу на 189, 1 ± 9, 3 пмол мг -1 протеина; П = 0, 017, Манн-Вхитнеи тест) (слика 3ц).

Image

Смањени нивои Д-серина у хиппокамима ФСЛ штакора повезани су са недостатком ЛТП-а и меморије, али не и са емоционалним симптомима. ( а ) Наношење купељи 100 µМ Д-серин купком (сива трака) пре три ХФС обнавља ЛТП код ФСЛ пацова (мерено као на слици 1). Вријеме 0 означава почетак ХФС-а (затворени кругови, контролни одсјечци од ФСЛ пацова; сиви кругови, кришке третиране Д-серином ФСЛ; трагови показују карактеристичне фЕПСП прије (црне) и 45 мин након (сиве) ЛТП индукције. ( Б ) Резиме експеримената приказаних на панелу а . На 40–45 мин након индукције, потенцијација у Д-серинској групи била је 170 ± 12% насупрот 119 ± 14% у групи са вештачком цереброспиналном течношћу (аЦСФ) ( *** П <0, 0001 ; непарни студентски т- тест са два репа; Н = 4 кришке; четири животиње у групи) ( ц ) (лево) Репрезентативни аминокиселински хроматограф хипокампалног хомогената из одраслог контролног штакора. Л-серин, Д-серин и Л -глутамин је растворен на 38.2, 44.7 и 48.5 мин, респективно. (Десно) Квантификација садржаја Д-серина у хипокампалним хомогенатима открива смањене нивое Д-серина у ФСЛ пацовима у поређењу са контролама ( * П = 0, 017; Манн-Вхитнеи тест; Н = 5–6 животиња у групи) ( д ), акутно давање Д-серина (600 мг кг -1 ; поткожно (сц)) поново искористио је оштећену меморију препознавања код ФСЛ пацова ( * П = 0, 017; непарни двоструки студентски т- тест; Н = 5–6 животиња у групи). ( е ), Хронични третман Д-серином (током 3 недеље, 600 мг кг -1 ; сц) није повећао покретљивост ФСЛ штакора у тесту присилног пливања. У односу на контролу (СД + физиолошки раствор), ФСЛ штакори третирани физиолошком отопином и Д-серином били су значајно мање покретни током 5-минутног теста пливања ( *** П = 0, 005; једносмерна АНОВА праћена Бонферронијевим тестом; *** П <0, 001; ** П <0, 01; нс, П > 0, 05; Н = 6–8 животиња у групи). У ( б - е ), резултати представљају средњу вредност ± сем на панелу а, вертикална скала скале представља 0, 5 мВ, а хоризонтална скала скале представља 10 мс. нс: није значајно.

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Апликација Д-серина није утицала на АМПА рецептор изазван глутаматергичким преносом ни у ФСЛ ни у СД пацова (допунска слика 4ц), а занимљиво је када смо тестирали утицај 100 µ М Д-серина на НМДА рецептор, а евоцирао је глутаматергички пренос (мерење амплитуде изазван фЕПСП у присуству 10 µМ ДНККС) пораст амплитуде НМДАР-фЕПСП био је сличан између група (допунска слика 4д). Овај резултат, заједно са недостатком разлике фЕПСП рецептора НМДА (допунска слика 1а), сугерише и да су функционална својства НМДА рецептора код ФСЛ штакора нетакнута и да на активирање места везивања глицина НМДА рецептора не утиче у ФСЛ пацови. Међутим, када су НМДА рецептори екстензивно стимулисани, као што је током ХФС стимулације да индукује ЛТП, лоши учинак услед смањених нивоа Д-серина постаје очигледан.

Да бисмо директно тестирали да ли је смањење садржаја Д-серина одговорно за дефицит препознавања у ФСЛ пацова, убризгали смо једну поткожну дозу Д-серина (600 мг кг -1 ) или физиолошку отопину у одрасле ФСЛ пацове 20 мин пре истраживања сесија у НОР тесту. Након 24 сата, током 5-минутног тестирања, група пацова третираних Д-серином ФСЛ провела је значајно више времена истражујући нови објект него ФСЛ група третирана физиолошким раствором ( П = 0, 017, непарни двоструки студентов т- тест ) (Слика 3д), што указује да су акутни нивои Д-серина заиста обновили меморију за препознавање објекта код ФСЛ штакора. Међутим, акутна ињекција Д-серина није спасила истраживачки дефицит који је примећен код ФСЛ пацова (допунска слика 5а). Недостатак ефекта на емоционалне симптоме потврђен је и у тесту присилног пливања, који се обично користи као индиректно мерило емоционалних симптома депресије. Као што је раније речено 31, приметили смо значајно веће време непокретности у једној пробној верзији теста форсираног пливања у ФСЛ-у у поређењу са СД пацовима ( П <0, 05) (види Материјали и методе). Ово понашање није спашено након акутне ињекције Д-серина (допунска слика 5б).

И даље је могуће да ће дуготрајне промене изазване враћањем синаптичке пластичности хиппокампа и меморије са Д-серином бити потребне за побољшање емоционалних симптома депресије. Стога смо хронично третирали ФСЛ пацове током 3 недеље свакодневним Д-серином (600 мг кг -1 ; поткожно) убризгавањем и изазивали их 24 сата након последње ињекције у тесту принудног пливања. И ФСЛ пацови третирани физиолошким раствором и Д-серином били су мање покретни током 5-минутног испитивања присилног пливања у поређењу са СД пацовима третираним физиолошким раствором ( П = 0, 005, једносмерна АНОВА) (Слика 3е). ФСЛ пацови, хронично третирани Д-серином, још увек су имали побољшану меморију како је процењено НОР (допунска слика 5ц). Дакле, у нашем моделу, враћање синаптичке пластичности хиппокампа системским повећањем нивоа Д-серина није ублажило емоционалне симптоме депресије. Овај налаз је праћен опажањем да 100 µМ Д-серина не смањује учесталост сЕПСЦ-а у ЦА1 пирамидалним ћелијама ФСЛ пацова (додатна слика 6), повећавајући могућност да повећани глутаматергички пренос лежи у основи депресивне патофизиологије код ФСЛ пацова.

Реактивни астроцити и смањена ГЛАСТ експресија протеина подлијежу повећаном преносу глутамата код ФСЛ пацова

С обзиром да изгледа да постинаптички рецептори глутамата нису промењени у ФСЛ пацова (слика 1) и да Д-серин није регулисао сЕПСЦ (допунска слика 6), скренули смо пажњу на поновни унос глутамата. Блокирали смо ексцитацијске транспортере аминокиселина помоћу ДЛ-ТБОА, конкурентног непреносивог блокатора транспортера глутамата у крижцима хипокампа код СД пацова. У односу на почетну вриједност, 5-минутна примена ДЛ-ТБОА (50 μМ) повећала је учесталост сЕПСЦ-а за 86, 5 ± 16, 1% ( П = 0, 013, упарени дво-талански Студентов т- тест) (Слика 4а), али није утицала на амплитуду или кинетика ових догађаја (допунска табела 1). Дакле, блокирање транспортера глутамата код пацова СД опонашало је повећану глутаматергичку синаптичку активност примећену код ФСЛ пацова. У складу са овим резултатима, анализа западног блота показала је смањен ниво протеина хипокампалних протеина ГЛАСТ-а код ФСЛ пацова у односу на СД пацове (88 ± 3% СД, П = 0, 008, Манн-Вхитнеи-ов тест), док нивои протеина хиппокампалне ГЛТ-л нису значајно различите ( П = 0, 15) (Слика 4б).

Image

Реактивни астроцити и смањена ГЛАСТ експресија подлијежу повећаном преносу глутамата код ФСЛ пацова. ( а ) (Лево) Репрезентативни трагови сЕПСЦ-а снимљени са крижама хипокампа СД пацова пре (почетне линије), за време и после (испирање) апликације ДЛ-ТБОА. (Десно) Квантификација ефекта ДЛ-ТБОА показује да је у односу на основну линију, 5-минутна примена ДЛ-ТБОА у купељи (50 μМ) повећала учесталост сЕПСЦ (врх) ( * П = 0, 013; упарени дворезни Студентов т- тест; Н = 4 ћелије; три животиње). Овај ефекат је нестао у року од 10 минута од испирања. ДЛ-ТБОА није утицао на амплитуду догађаја (одоздо). ( б ) (Врх) Репрезентативни западни блотови за β-актин (горњи опсег), ГЛАСТ и ГЛТ-1 у контролним (сд) и ФСЛ пацовима. (Доња страна) Денситометријска анализа ГЛАСТ-а и ГЛТ-1 нормализована је на β-актин и у односу на контролу ( ** П = 0, 008; Манн-Вхитнеи тест; Н = 5 животиња у групи). ( ц ) (Топ) репрезентативни западни блотс за β-актин и ГФАП у контролним (сд) и ФСЛ пацовима. (Доња страна) Денситометријска анализа ГФАП-а нормализована на β-актин и у односу на контролу ( * П = 0, 02; Манн-Вхитнеи тест; Н = 5 животиња у групи). ( д ) (леви панели) репрезентативне слике ЦА1 пирамидалних и радијумских слојева контроле (сд) и ФСЛ кришка хипокампа који су имуностанирани против ГФАП-а (трака скале у црној боји: 100 µм). (Средишње плоче) Веће увећање оквира у левим оквирима (трака скале у црној боји: 30 µм). (Десни панели) Повећано увећање појединог астроцита (назначено црним стрелицама на средишњој табли; трака скале у црној боји: 12, 5 µм) (СД: врх; ФСЛ: дно). (Десно) Квантитативни резултати откривају значајно већу површину тела астроцита код пацова ФСЛ у поређењу са контролним (сд) пацовима ( *** П = 0, 0008; Манн-Вхитнеи тест; Н = 9 ћелија; три животиње у групи). У ( б ) и ( ц ) је убацивано 15 μг протеина по траци. Резултати у ( а - д ) представљају средњу вредност ± сем ДГ, дентате гирус; пир, пирамидални ћелијски слој; тако, стратум ориенс; ср, слој радиатум.

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Смањени нивои ГЛАСТ-а код ФСЛ пацова сугерисали су дефицит астроцитне функције код ових пацова. Ову хипотезу је такође подржао наш налаз о смањеним нивоима Д-серина у хипокампи ових животиња (слика 3ц), јер су астроцити главни извор ослобађања Д-серина у мозгу. 32 Према томе, приметили смо значајно повећање укупних нивоа протеина ГФАП у хипокамима ФСЛ пацова ( П = 0, 02, Манн-Вхитнеи тест) (Слика 4ц). Појачана експресија ГФАП-а један је од карактеристика реактивних астроцита. Остала обележја укључују ћелијску хипертрофију и стелацију и проширење астроцитних процеса. 33 Анализирали смо, дакле, морфологију астроцита у хипокампусу користећи имунолошку слику ГФАП. Код пацова ФСЛ астроцити локализовани у радијатуму стратума подручја ЦА1 представили су звјездани облик с дугим процесима који се јасно разликују од више фусиформног облика астроцита примијећеног у кришке хипокампала од СД животиња (слика 4д). Квантитативна анализа величине ћелијског тела открила је значајно повећање површине ћелијског тела у астроцитима ФСЛ пацова у поређењу са СД пацовима (188, 3 ± 20 вс 82, 3 ± 9 μм 2 ; П = 0, 008, Манн-Вхитнеи тест) ( Слика 4д). У дентатном гирусу разлика у морфологији била је мање очита (слика 3д, допунска слика 7). Иако је постојао тренд повећања површине ћелије у ФСЛ штакора, то се није значајно разликовало од пацова СД ( П = 0, 11, Манн-Вхитнеи тест) (допунска слика 7).

Утицај акутне и хроничне активације мГлу2 / 3 рецептора на хипокампалну глутаматергичку активност код ФСЛ пацова

Претходне студије су показале смањену експресију и функцију мГлу2 / 3 рецептора у хипокампусу ФСЛ пацова. 34 Пошто је доказано да пресинаптичка активација мГлу2 / 3 рецептора инхибира отпуштање глутамата, 35 тестирали смо да ли агонист рецептора мГлу2 / 3, ЛИ354740, може да регулише хипокампни глутаматергички пренос код ФСЛ пацова. Примена за купатило (15 мин) ЛИ354740 (2 μМ) значајно је смањила учесталост сЕПСЦ-а, али није показала утицај на амплитуду ових догађаја (слике 5а и б).

Image

ЛИ354740 смањује учесталост сЕПСЦ-а и повећава ЛТП у кришке хипокампа код ФСЛ штакора. ( а ) Репрезентативни трагови сЕПСЦ-а забележени са крижама хипокампала ФСЛ штакора пре (почетне линије), за време и после наношења (испирање) од 2 µМ ЛИ354740. ( б ) Квантификација ефекта примене ЛИ354740 показује да у поређењу са основном линијом, примјена ЛИ354740 (2 μМ) за 15 мин у купелу смањује учесталост сЕПСЦ-а за 61, 1 ± 4, 5% ( *** П <0, 0001; упарени двострани Студентов т- тест; Н = 8 ћелија, пет животиња), без утицаја на амплитуду догађаја. Испирање лека у потпуности враћа учесталост. ( ц ) Хронично лечење са ЛИ354740 (14 дана; 1 мг кг -1 ; поткожно (сц)) појачава ин витро ЦА1-ЛТП код ФСЛ штакора као што је приказано нагибом фЕПСП; сива: ФСЛ пацови третирани физиолошком отопином, плави: ЛС354740 третирани ФСЛ пацови. 0 означава почетак високофреквентне стимулације; трагови показују карактеристични фЕПСП пре (црни) и 45 мин након ЛТП индукције (светло сива: третирана физиолошком отопином, плава: третирана ЛИ354740). ( д ) Резиме експеримената на панелу ц . 40–45 мин након индукције, потенција у ЛИ354740 групи била је 149 ± 12% насупрот 130 ± 13% у физиолошкој групи ( *** П <0, 0001; непарни дворедни Студентов т- тест; Н = 5 одрез; три животиње у групи). У ( б ) и ( д ), резултати представљају просек скале у ( ц ), вертикално: 0, 5 мВ, хоризонтално: 10 мс.

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Претпостављамо да појачана глупотермална активност хипокампа може бити узрок синаптичког дефицита пластичности код пацова ФСЛ. Стога смо испитали утицај хроничне рецепције мГлу2 / 3 на ФСЛ ЦА1-ЛТП. Одрасли ФСЛ пацови су третирани једном дневно са ЛИ354740 (1 мг кг -1 ; супкутано) током 14 дана или физиолошким раствором као контролним третманом. 15. дана, ин витро анализа ЦА1-ЛТП изведена је као горе. Приметили смо значајно повећање потенцијала фЕПСП-а након три ХФС-а у кришке хипокампа од ФСЛ-а третираних ФСЛ пацова третираних ФИЛ пацовима ( П <0, 0001, непарни двоструки Студентов т- тест; Слике 5ц и д). Ови резултати сугерирају да смањење прекомерног синаптичког преноса глутамата делимично враћа синаптичку пластичност у нашем моделу депресије.

Дискусија

Депресија је повезана са пертурбацијом у глутаматергичким неуронским мрежама у мозгу. До данас, међутим, докази који сугерирају ову измену заснивали су се пре свега на индиректним мерењима. Овде директно показујемо повећану глутаматергичну синаптичку активност у хипокампалном ЦА1 подручју животињског модела депресије. Даље показујемо да је ово повећање резултат смањене експресије глијалног глутамата транспортера ГЛАСТ-а у комбинацији са смањеном инхибицијом пресинаптика кроз мГлуР2 / 3 рецептор. Такође смо приметили морфолошке и функционалне промене астроцита, које би могле бити одговорне за ниже нивое Д-серина у хипокампалима мерене у ФСЛ пацова. Штавише, оштећена меморија препознавања коју смо приметили код пацова ФСЛ може се узрочно повезати са нижим нивоима Д-серина и с тим повезаним смањењем синаптичке пластичности хипокампалне ЦА1 описане у ФСЛ пацова.

Сматра се да је дефицит пластичности ЦА1 код пацова ФСЛ настао услед смањеног нивоа рецептора глутамата. 24, 26 Иако смо открили незначајно смањење НР1 подјединице у ФСЛ пацова (слика 1), нисмо приметили разлике у евоцираном НМДАР-фЕПСП одговору, било у одсуству или присуству високих доза Д-серина ( Додатне слике 1 и 4). Ово очигледно одступање може бити последица неколико фактора, укључујући употребу СД пацова као нашег референтног соја. Претходне студије на ФСЛ моделу користиле су линију отпорну на клизаче као референтни сој; међутим, линијски сој отпоран на флашере је селективно узгајан сој и зато се на неки начин разликује од ФСЛ и СД штакора. 36 Стога смо изабрали сој СД као своје контролне пацове, јер смо желели да проучимо фенотип депресије ФСЛ пацова у односу на стандардни лабораторијски штакор, а не на холинергичку осетљивост која је коришћена као критеријум за избор током генерације ФСЛ и флиндерс отпорне линије линија.

Уместо да буде проузрокована променама глутаматергичких рецептора, предлажемо да ослабљена синаптичка пластичност код пацова ФСЛ буде последица смањења нивоа Д-серина (Слика 3ц). Могуће је да смањење производње Д-серина код пацова ФСЛ служи као сигурносни механизам за спречавање прекомерне ексцитације НМДА рецептора. Заиста, повећана фосфорилација НР1 подјединице недавно је објављена код ФСЛ пацова 24, што је у складу са прекомерном побудом НМДА рецептора. Такође је показано да генетска делеција ензима за синтезу Д-серина, серин рацемазе, штити од церебралне исхемије и ексцитотоксичности 37 и да прекомутивацијом рецептора НМДА инхибира производњу Д-серина. 38 Овај сигурносни механизам може објаснити зашто - упркос бројним истраживањима која показују патолошке нивое глутамата у мозгу депресивних пацијената и животињских модела депресије 10 - ниједна студија није пријавила смрт неурона или смањење броја неурона. 39 Овај механизам је такође у складу са успешном употребом антагониста рецептора НМДА као антидепресива, укључујући кетамин. 40

Поред смањеног нивоа Д-серина, приметили смо израженији израз астроцитног маркера ГФАП као и значајну промену у астроцитној морфологији посебно у ЦА1 подручју ФСЛ пацова (слике 4ц и д), али не и у зубном зубу. (Додатна слика 7). Повећани ГФАП такође се примећује код реактивних астроцита 41, тако да овај налаз подржава везу између депресије и упале. 16 Треба напоменути да су забиљежени смањени нивои ГФАП-а у хипокампусу и префронталном кортексу различитих животињских модела депресије, 42, 43, 44, али занимљиво је да су ове студије такође показале пораст С-100β, другог показатеља реактивних астроцита. Ови сукобљени резултати указују на потребу за даљим функционалним истраживањима астроцита у депресији као и на већем разјашњењу односа између префронталног кортекса и хипокампуса у регулисању емоционалних и когнитивних симптома депресије.

Предклиничка и клиничка испитивања показала су смањену експресију ГЛАСТ-а и / или ГЛТ-1 у различитим областима мозга код животињских модела 45 и пацијената са депресијом. 46 Супротно томе, блокирање транспортера глијалног глутамата индукује оба знака анхедоније и ослабљену просторну меморију код пацова 47, а подстицање ових транспортера има антидепресивне ефекте и код људи 48 и на животињским моделима депресије. 49 Заиста, антидепресивно дејство рилузола прати појачана регулација хипокампалног ГЛТ-1. 44 У нашој студији, открили смо смањене укупне нивое експресије хипокампалних транспортера глиа глутамата ГЛАСТ код ФСЛ пацова (слика 4б) и блокирањем хипокампалног транспортера глутамата верно смо опонашали појачани глутаматергички пренос који је типичан за ФСЛ штакоре. Упркос овом резултату, мали али значајан пад ГЛАСТ-а у хипокампусу ФСЛ штакора можда у потпуности не објашњава ненормални глутаматергични пренос ових животиња. Уместо тога, предлажемо да смањење експресије и функције рецептора мГлу2 / 3 које су други 34 описали у ФСЛ штакорима такође може бити укључено. Лако је замислити да смањење експресије и функције инхибиторног ауторецептора мГлу2 / 3 35 у комбинацији са смањеним нивоима ГЛАСТ-а може изазвати синергистички ефекат на повећање преноса глутамата у нашем моделу.

У складу са класичним мишљењем да је синаптичка пластичност ЦА1 повезана са учењем и памћењем, 21 ФСЛ штакора показује озбиљно ослабљену меморију препознавања у НОР-у. Заједно са оштећењем емоционалне меморије која је већ описана код ФСЛ пацова, 24 овај налаз јача идеју да су дефицит меморије повезани са депресијом. Занимљиво је да смо открили да се меморија препознавања обнавља и акутном и хроничном системском применом Д-серина (слика 3д и додатна слика 5ц), иако овај третман није позитивно утицао на емоционалне симптоме депресије (слика 3е, допунска слика 5б). Ови резултати указују да враћање пластичности хипокампа повећањем активације НМДА рецептора можда није довољно за ублажавање емоционалних аспеката депресије. Супротно томе, показало се да повећавање пластичности блокирањем НМДА рецептора стоји у основи антидепресива дејства кетамина. 50 У овој студији пружамо још један механизам помоћу којег смањење преноса глутамата појачава синаптичку пластичност, наиме стимулисањем мГлу2 / 3 рецептора (Слика 5). Заиста, показано је да ниске дозе агониста рецептора мГлу2 / 3, ЛИ379268, у комбинацији са селективним инхибитором поновне похране серотонина, скраћују латенцију антидепресива у тесту принудног пливања. 34 Узето заједно, ови налази наглашавају постојање различитих механизама у регулацији пластичности хипокампа и истичу важност разумевања њиховог специфичног доприноса депресији.

Укратко, наши подаци описују интеракције унутар глутаматергичког система које би требало размотрити приликом дизајнирања нових терапија за депресију. Предлажемо да неколико аспеката регулације глутаматергике треба усмјерити ради ефикасног лијечења когнитивних и емоционалних симптома који су повезани са депресијом.

Додатне информације

ПДФ датотеке

  1. 1.

    Додатне информације

    Додатне информације прате рад на веб локацији Молекуларна психијатрија (//ввв.натуре.цом/мп)