《Neuroscience Letters》：Proteomic profiling of the prefrontal cortex reveals Dysregulated Mitochondria-Metabolism-Synapse axis in a chronic Stress-Induced mouse model of depression
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定量蛋白質組學分析揭示慢性應激誘導的小鼠前額葉皮質線粒體功能、代謝調節、突觸可塑性及炎癥反應的協同失調機制。通過CSDS模型評估行為學變化，結合數字Western blotting和PPI網絡分析，鑒定出95個差異蛋白，其中Mrpl41、Rigi等關鍵蛋白通過功能模塊驗證，證實線粒體-代謝-突觸軸是抑郁癥病理的核心調控網絡。
作者：張毅、李磊、張曉偉、徐繼毅、康維靜、王天一、杜靜
中國首都醫科大學北京安定醫院國家精神障礙臨床研究中心及精神障礙重點實驗室，地址：北京市西城區德外大街安康巷5號，郵編100088
摘要
重度抑郁癥（MDD）是一種高發且致殘的神經精神疾病，其潛在的分子機制尚未完全闡明。本研究旨在系統地分析慢性應激引起的抑郁樣行為與前額葉皮層蛋白質組變化之間的關系。通過標準化的行為測試評估小鼠的抑郁樣行為，并通過數字Western blot技術進行驗證。對前額葉皮層組織進行定量蛋白質組分析，以比較慢性社會挫敗應激（CSDS）組與對照組之間的差異表達蛋白（DEPs）。這些差異表達蛋白隨后接受了生物信息學分析，包括基因本體（GO）富集和蛋白質-蛋白質相互作用（PPI）網絡的構建。關鍵差異表達蛋白通過平行反應監測（PRM）和Western blot技術進一步得到驗證。研究發現，CSDS小鼠表現出顯著的抑郁樣表型，如蔗糖偏好降低和不動時間延長。Western blot分析顯示內質網應激標志物、促炎因子以及與突觸可塑性相關的蛋白質發生失調。蛋白質組分析鑒定出95個差異表達蛋白，GO富集結果顯示這些蛋白主要與基因調控、線粒體代謝和突觸功能相關。PPI網絡分析突出了參與線粒體、內質網和突觸調節的樞紐蛋白。PRM和Western blot驗證證實了四個功能模塊的失調：1）線粒體功能（Mrpl17、Mrpl41）；2）信號轉導（Rigi、Pbrm1、Plppr5、Glyr1）；3）代謝調節（Pmvk、Rpl13a、Ubtd2、Tmem63b）；4）突觸可塑性（Kif21b、Klc4、Lama2、Col4a2）。我們的結果表明，慢性應激破壞了調控基因調控、線粒體代謝和突觸功能的前額葉皮層通路，暗示這些通路在抑郁癥的病理生理過程中起著協同作用。
引言
MDD是一種嚴重的精神疾病，具有高發病率、復發率和嚴重的致殘性[1]。其核心臨床特征包括持續性的快感缺失、情緒低落和認知障礙[2]，但其發病機制仍不明確[3]，這限制了客觀診斷和有效治療方法的發展。最近，MDD的研究重點從單胺假說轉向了關注大腦蛋白質穩態和細胞穩態失調的框架[4]，旨在闡明應激如何從細胞器層面引發關鍵腦區的級聯功能障礙[5]。
慢性應激是MDD的主要誘因。CSDS小鼠模型能夠可靠地再現抑郁表型及相關神經內分泌-免疫變化。前額葉皮層（PFC）參與高級認知、情緒和應激調節，其功能障礙會加劇MDD癥狀[6]。然而，CSDS引起的PFC全局蛋白質組重塑及其與細胞病理學和抑郁行為的關聯仍不清楚。
在此研究中，我們應用定量蛋白質組學技術[7]，結合行為學和生物信息學分析，對CSDS小鼠的PFC蛋白表達進行了分析。除了鑒定差異表達蛋白外，我們還構建了PPI網絡，篩選了樞紐蛋白，并將其與內質網應激、線粒體功能障礙、神經炎癥、凋亡失衡和突觸損傷聯系起來。我們的目標是明確線粒體-代謝-突觸軸在慢性應激下PFC蛋白質組紊亂中的核心作用。
動物實驗
實驗所用動物為雄性CD1小鼠（10周齡）和C57BL/6J小鼠（7周齡），購自北京HFK生物科技有限公司，并飼養在匯林澤國生物科技有限公司。C57BL/6J小鼠以每籠5只的方式在受控條件下飼養（溫度22±1°C，濕度55±10%，12小時光照/黑暗周期，光照時間為09:00–21:00），食物和水自由供應。所有實驗均遵循ARRIVE指南和《實驗動物護理和使用指南》（ISBN: 0–309-05377–3），并獲得了匯林公司的倫理批準。
經過10天的CSDS處理后，約80%的小鼠表現出應激敏感性（蔗糖偏好低于60%，這是快感缺失的標志[15]），并進一步接受了行為測試（圖1A）。CSDS小鼠的蔗糖偏好顯著降低（p<0.01，圖1B），在TST和FST測試中的不動時間延長（p<0.05，圖1C–D），這些結果與先前的研究一致，證實了它們具有強烈的抑郁樣表型[15]。
數字Western blot技術揭示了CSDS誘導的PFC中的病理分子變化
對PFC組織的數字Western blot分析顯示，CSDS上調了內質網應激相關標志物的表達
討論
CSDS模型是誘導小鼠抑郁樣行為的常用方法，而PFC是調節應激和抑郁過程中情緒和認知的關鍵腦區。然而，CSDS引起的抑郁中PFC網絡重塑的分子機制尚未完全闡明。盡管已有蛋白質組學研究探討了抑郁癥的發病機制，但僅有少數研究將高通量蛋白質組學技術與蛋白質水平驗證相結合。
結論
本研究利用CSDS小鼠模型結合PFC蛋白質組學分析和驗證，探討了應激誘導的抑郁機制。慢性應激下調了與線粒體功能、代謝和突觸可塑性相關的PFC蛋白，同時激活了內質網應激、炎癥和凋亡通路。線粒體-代謝-突觸軸在突觸損傷中起中介作用，其中Ubtd2、Mrpl41和Rigi是關鍵調節因子。這些發現揭示了抑郁癥的新機制和治療靶點。
杜靜負責研究的構思和設計；張毅和李磊負責實驗操作；張毅進行了數據分析并起草了論文初稿；李磊在數據分析和論文撰寫方面做出了重要貢獻；張曉偉參與了實驗設計；徐繼毅和方法學研究提供了支持；康維靜在方法學和實驗方面提供了協助。所有作者均審閱并批準了最終稿件。
聲明
作者貢獻聲明
張毅：方法學設計、實驗操作。
李磊：初稿撰寫、數據可視化、實驗設計、數據分析。
張曉偉：方法學設計、實驗操作。
徐繼毅：方法學設計。
康維靜：方法學設計、實驗操作。
王天一：論文撰寫、審稿與編輯、項目監督、資源協調、資金申請、概念構思。
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
本研究得到了北京安定醫院高層次人才專項科研基金（2020pt08）的支持。感謝PTM Biolabs公司提供的蛋白質組學技術支持。
倫理批準：
所有實驗均獲得了匯林澤國機構動物護理和使用委員會的批準（批準編號：HLZG-DWLL-2024-0209-02），并符合中國實驗動物管理法規的要求。
