《Neurochemistry International》：The Caspase 11/Gasdermin D Pathway is a Key Driver of Stress-Induced Neuroinflammation and Behavioral Dysfunction in Rats
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慢性低度炎癥是應激相關精神疾病的重要標志，本研究首次發現重復社會挫敗應激在大鼠中激活了非經典炎癥小體（caspase11/gasderminD通路），且存在性別差異。通過siRNA敲低和藥物抑制，證實雙重抑制（NLRP3和caspase11/GSDMD通路）較單一通路抑制更有效改善焦慮、恐懼消退及突觸丟失，并降低外周炎癥。體內體外實驗均表明兩種炎癥小體協同調控IL-1β釋放，為共靶向治療提供新依據。
索尼·蒂瓦里（Soni Tiwari）|扎伊丹·穆罕默德（Zaidan Mohammed）|阿里安·蒂瓦里（Aryan Tiwari）|埃克塔·亞達夫（Ekta Yadav）|桑蒂·蘭詹·阿塔（Santi Ranjan Atta）|施韋塔·考希克（Shweta Kaushik）|阿姆拉·喬普拉（Amla Chopra）|伊滕德爾·辛格（Itender Singh）|西曼蒂尼·戈什（Simantini Ghosh）
印度賴（Rai）的阿育王大學（Ashoka University）心理學系
摘要
慢性低度炎癥是與壓力相關的精神障礙的標志性特征。雖然經典的NLRP3炎性體（可激活caspase 1和IL1β）已被證實與壓力有關，但非經典炎性體途徑的貢獻仍不清楚。通過使用反復社交挫敗的大鼠模型，我們首次證明了心理社會壓力會觸發大腦和外周免疫細胞中非經典炎性體途徑的性別特異性激活，這通過caspase 11及其下游效應物gasdermin D的切割得到證實。為了確定這種機制的因果關系，我們發現敲低caspase 11的基因表達或通過藥物抑制caspase 11或gasdermin D均顯著減少了壓力誘導的IL1β釋放。炎癥的減少伴隨著行為缺陷的廣泛改善，包括焦慮和恐懼反應的減弱、恐懼消退能力的增強、突觸丟失的減少以及工作記憶的改善。重要的是，與單獨抑制某一途徑相比，同時抑制經典和非經典途徑在減輕神經炎癥、防止海馬區樹突棘丟失以及改善行為缺陷方面表現出顯著更高的效果。此外，這種聯合療法還減少了外周炎癥。使用從受壓大鼠中分離出的外周血單核細胞進行的體外研究進一步證實，非經典caspase 11/gasdermin D途徑與NLRP3經典途徑協同作用，共同驅動IL1β的誘導。我們的發現揭示了心理社會壓力誘導的病理生理學中的新型雙重炎性體機制，并為聯合靶向NLRP3和caspase 11/gasdermin D途徑作為有前景的跨診斷治療策略提供了理論依據。
引言
常見的焦慮癥、抑郁癥和創傷相關精神障礙給全球健康和經濟帶來了巨大負擔，據估計2000-2019年間導致4.18億傷殘調整生命年（disability-adjusted life years）和5萬億美元的經濟損失（Arias等人，2022年）。這種負擔是全球性的，在治療資源不足的地區尤為嚴重（Gautham等人，2020年；GBD 2019精神障礙合作組，2022年）。一線藥物治療（如選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑）的部分療效和明顯的副作用凸顯了迫切需要替代治療策略（Cipriani等人，2018年；Strawn等人，2023年）。
越來越多的證據表明，慢性低度炎癥是壓力、焦慮和抑郁癥的核心特征。免疫調節紊亂和升高的促炎細胞因子（尤其是IL1β、TNFα和IL6）與創傷后應激障礙（PTSD）和類似抑郁癥的疾病密切相關，這些細胞因子的水平通常與癥狀嚴重程度相關（Vogelzangs等人，2016年；Gaspersz等人，2017年；Milaneschi等人，2021年）。這表明靶向神經炎癥途徑可能提供有希望的治療選擇。
IL1β是多種神經系統疾病中神經炎癥的關鍵介質（Mendiola和Cardona，2018年）。其產生受到NOD結構域、LRR結構域和pyrin結構域蛋白3（NLRP3）炎性體的嚴格調控。激活后，這種多蛋白復合物招募ASC并激活caspase 1來處理和分泌成熟的IL1β（Huang等人，2021年）。異常的NLRP3炎性體激活與多種炎癥和心理障礙有關，在抑郁癥患者的大腦和血液中觀察到其水平升高（Alcocer-Gómez等人，2014年；Pandey等人，2021年）。相應地，PTSD和抑郁癥患者的血液中IL1β水平持續升高（Og?odek，2022年）。包括捕食者氣味、社交挫敗和限制壓力在內的嚙齒動物壓力模型一致顯示大腦和血液中IL1β增加，這導致了持續的行為障礙（Zimmerman等人，2012年；Hodes等人，2014年；Finnell等人，2017年；Xu等人，2019年；Biltz等人，2022年）。這些模型還顯示經典炎性體成分（如NLRP3和caspase 1）的上調（Iwata等人，2016年；Dong等人，2020年；Frank等人，2020年；Li等人，2018年，2021年）。此外，已經鑒定出上游調節因子如布魯頓酪氨酸激酶（BTK）；用ibrutinib抑制BTK可以減少限制壓力小鼠的NLRP3、IL-1β和類似焦慮的行為（Ghosh等人，2021年）。
重要的是，IL1β的誘導可以通過經典NLRP3-caspase-1軸以外的途徑發生。涉及caspase 11的非經典炎性體途徑也會切割gasdermin D（GSDMD），生成N端片段，這些片段通過焦亡（pyroptosis）途徑釋放IL1β（Kayagaki等人，2015年；Shi等人，2015年；Yi，2022年）。盡管最近的研究開始探索抑郁癥模型中的經典caspase 1介導的GSDMD途徑（Gao等人，2024年；Li等人，2021年），但非經典caspase-11激活在心理社會壓力中的作用尚未被探索。鑒于抑郁癥患者中腸道屏障功能障礙和細菌脂多糖（LPS）水平升高的強烈證據（Maes等人，2008年，2012年；Hagar等人，2013年；Wu等人，2023年），這一研究尤為關鍵。
本研究調查了經典和非經典炎性體途徑對大鼠壓力模型中IL1β釋放和行為缺陷的貢獻。我們首先采用多范式方法（物理限制和反復社交挫敗）來識別共同機制。然后選擇社交隔離模型（一種與人類病理高度相關的復合心理社會壓力源）進行詳細機制研究。通過使用藥物抑制劑和siRNA介導的敲低，分別單獨和聯合靶向經典（NLRP3）和非經典（caspase-11/GSDMD）途徑。
我們的目標有三個：（1）表征壓力誘導的非經典炎性體激活及其對神經炎癥、突觸丟失和行為缺陷的貢獻；（2）評估同時激活兩種炎性體途徑的重要性；（3）確定在壓力相關神經精神障礙中，聯合抑制兩種途徑是否比單獨抑制任一途徑具有更好的效果。
研究設計與實驗時間線
經過20天的適應期后，兩個月大的雄性和雌性Sprague Dawley大鼠被置于兩種慢性壓力模型之一：為期兩天的物理限制或為期五天的反復社交挫敗（作為心理社會壓力的模型，圖1A）。從第5天開始，在心理社會壓力模型中進行了針對炎性體途徑的藥物和基因干預（例如wedelolactone、MCC950、disulfiram、ibrutinib或鼻內注射siCasp11）。
物理和心理社會壓力在大鼠中誘導出性別差異的行為和神經炎癥表型
使用兩種不同的壓力模型（物理壓力和心理社會壓力，圖1A）來誘導壓力。這兩種類型的壓力都顯著上調了血漿中的IL1β水平（通過ELISA測定），并引發了行為和神經炎癥表型（圖1 B–1H）。我們評估了壓力和性別對血漿IL1β水平的影響（ng/ml；圖1B）。2X2方差分析顯示壓力有顯著的主效應[F (2, 64) = 66.30, p < .001, ηp2= 0.674]，性別也有顯著效應[F (1, 64) = 21.83, p < .001, ηp2
討論
本研究首次證明心理社會壓力會激活大腦中的非經典炎性體途徑。我們發現反復社交挫敗壓力不僅激活了經典的NLRP3-caspase 1途徑，還激活了海馬區的非經典caspase 11-GSDMD途徑——這一發現為理解壓力神經生物學提供了重要進展。
盡管非經典炎性體途徑在敗血癥、肺損傷和哮喘中已被廣泛研究，但其作用仍
CRediT作者貢獻聲明
扎伊丹·穆罕默德（Zaidan Mohammed）：撰寫 – 審稿與編輯、方法學、數據分析。索尼·蒂瓦里（Soni Tiwari）：撰寫 – 初稿撰寫、驗證、方法學、數據分析、數據管理。阿姆拉·喬普拉（Amla Chopra）：撰寫 – 審稿與編輯、初稿撰寫、監督、項目管理。施韋塔·考希克（Shweta Kaushik）：撰寫 – 審稿與編輯、方法學、研究、數據分析、數據管理。西曼蒂尼·戈什（Simantini Ghosh）：撰寫 – 審稿與編輯、初稿撰寫、監督、資源協調、項目管理。
未引用的參考文獻
GBD 2019精神障礙合作組，2022年；Hao等人，2022年。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文工作的財務利益或個人關系。
數據可用性
詳細方法和補充圖表見“補充材料”。如有需要，可提供更多數據。
AI使用聲明
我們在這項研究中未使用AI輔助技術。
利益沖突聲明
? 作者聲明以下可能被視為潛在利益沖突的財務利益/個人關系：伊滕德爾·辛格（Itender Singh）報告獲得了Brain Aneurysm Foundation的財務支持。伊滕德爾·辛格報告獲得了印度科技部生物技術部的財務支持。索尼·蒂瓦里（Soni Tiwari）報告獲得了Savrdh Foundation的財務支持、設備和試劑供應。伊滕德爾·辛格報告與印度
致謝
作者衷心感謝以下機構的支持：特別是阿育王大學的Ashoka-ZEISS核心成像設施、圣路易斯華盛頓大學的Alafi神經成像設施以及德里大學的University Science Instrumentation Centre（USIC）。本研究得到了阿育王大學（S.G.和Z.M.）、Brain Aneurysm Foundation（I.S.）、DBT-Ramalingaswamy獎學金（I.S.）和Savrdh Foundation（S.T.）的資助。
