文章标题

“Epigenetic Histone Acetylation Modulating Prenatal Poly I:C Induced Neuroinflammation in the Prefrontal Cortex of Rats: A Study in a Maternal Immune Activation Model”

作者及发表信息

作者：Yueqing Su, Jiamei Lian, Shiyan Chen, Wenchang Zhang, Chao Deng
机构：福建医科大学、卧龙岗大学、Illawarra健康与医学研究所等
期刊：Frontiers in Cellular Neuroscience
文章类型：原创研究（Original Research）
发表时间：2022年11月28日
DOI：10.3389/fncel.2022.1037105

研究背景

母体免疫激活与神经炎症

近年来，流行病学研究显示，母体免疫激活（Maternal Immune Activation, MIA）是精神分裂症和自闭症等神经精神障碍的潜在环境致病因素。MIA通过感染或炎症途径激发的神经发育紊乱与后代的行为和认知障碍密切相关。大脑前额叶皮层（Prefrontal Cortex, PFC）是神经炎症和精神分裂症病理机制的关键区域。

表观遗传与组蛋白乙酰化

表观遗传机制，特别是组蛋白乙酰化（Histone Acetylation），是调控基因表达和神经发育的核心过程。已有研究表明，组蛋白H3和H4的乙酰化水平异常与精神分裂症相关基因的表达紊乱有关。然而，MIA是否通过组蛋白乙酰化影响NF-κB和NLRP3等炎症信号通路以及神经递质受体的功能，目前尚不清楚。

研究目标

本研究旨在利用MIA大鼠模型，探讨孕期Poly I:C（多聚肌苷-胞苷酸，病毒模拟物）暴露引发的组蛋白H3/H4乙酰化在以下方面的作用： 1. 激活NF-κB/NLRP3相关的神经炎症通路； 2. 影响神经递质受体的表达与功能。

实验设计与方法

动物模型与处理

• 模型：孕期Poly I:C注射构建MIA大鼠模型。
• 实验对象：Sprague-Dawley孕鼠及其雌性后代（实验组n=6，控制组n=6）。
• 处理方法：孕鼠在妊娠第15天（GD15）通过腹腔注射给予5 mg/kg Poly I:C或等量磷酸盐缓冲液（PBS）。

样本采集与分析

1. 组织采集
   后代大鼠在第60天（PD60）被安乐死并采集前额叶皮层组织，用于以下实验：

2. Western Blot
   分析全局组蛋白H3和H4乙酰化水平变化。

3. 染色质免疫共沉淀（ChIP）-qPCR
   测定目标基因（如NF-κB亚基RELA、NLRP3）的启动子区域乙酰化及去乙酰化酶（HDAC6）的结合情况。

4. 定量PCR（RT-qPCR）
   检测与组蛋白乙酰化相关的酶（HATs和HDACs）的基因表达水平。

5. 统计分析
   使用t检验、相关性分析等方法评估实验组与对照组的差异。

主要研究结果

1. 全局组蛋白H3与H4乙酰化的变化

• Poly I:C处理组的H3乙酰化水平显著降低（p<0.05），而H4乙酰化水平显著升高（p<0.05），提示MIA引发了组蛋白乙酰化的双向调控。

2. 目标基因启动子区域乙酰化水平

• RELA启动子区域H3和H4乙酰化显著增强（p<0.05），但NLRP3的乙酰化水平未显著改变。
• HDAC6在NLRP3启动子区域的结合显著增加（p<0.05），表明HDAC6可能通过直接结合NLRP3启动子调控其转录。

3. HATs与HDACs的基因表达

• HATs中，P300和CBP基因的表达显著上调（p<0.05）。
• HDACs中，HDAC6的基因表达显著增加（p<0.01），而HDAC2和HDAC4未见显著变化。

4. 相关性分析

• RELA基因的表达与P300（r=0.688, p<0.01）和CBP（r=0.552, p<0.05）显著正相关。
• NLRP3与HDAC6的表达显著正相关（r=0.547, p<0.05）。

研究结论与意义

1. 组蛋白乙酰化与NF-κB/NLRP3通路激活
   本研究首次揭示了孕期Poly I:C暴露通过调控组蛋白H3和H4乙酰化，增强NF-κB通路关键基因RELA的表达，从而激活神经炎症反应。

2. HDAC6在NLRP3转录激活中的作用
   HDAC6不仅作为去乙酰化酶，还可能直接结合NLRP3启动子，促进其表达并增强神经炎症。

3. 神经递质受体表达与乙酰化无直接关联
   尽管Poly I:C暴露影响了神经递质受体基因（如GRIN2A, HTR2A）的表达，但未发现其启动子区域的H3/H4乙酰化显著改变。

4. 性别特异性与时间依赖性
   本研究仅在雌性后代中发现组蛋白乙酰化的异常变化，提示雌性可能对MIA更敏感。此外，乙酰化的时序性变化需要进一步研究。

研究亮点与局限

• 亮点

  • 首次揭示了表观遗传组蛋白乙酰化在MIA模型神经炎症中的关键作用。
  • 提出了P300、CBP和HDAC6在炎症反应中的潜在调控机制。

• 局限

  • 未对雄性后代进行研究。
  • 仅分析了H3和H4的全局乙酰化，未进一步探讨特定赖氨酸残基的修饰。

未来展望

• 扩展研究范围至雄性后代和其他脑区。
• 探讨特定赖氨酸位点乙酰化在神经炎症中的作用。
• 针对HDAC6和P300开发表观遗传治疗策略，干预MIA引发的神经精神疾病。

致谢与资助

本研究由澳大利亚国家健康与医学研究委员会（NHMRC）及福建省自然科学基金支持。