BMAL1在脂多糖（LPS）诱导的抑郁行为及其相关“炎症风暴”中的角色

引言

根据2019年全球疾病负担研究，精神障碍被列为全球负担前10大原因之一，抑郁症是主要贡献者。全球超过3.5亿人患有抑郁症，使其成为全球最常见的残疾原因。尽管临床上提供了大量抗抑郁药，但由于初次治疗选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRI）的效果有限，有超过30%的病人对这种一线治疗具有耐药性。尽管N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）拮抗剂氯胺酮因其强大和快速的抗抑郁特性引起了极大兴趣，被报道为治疗抑郁症的新方向，但其确切的作用机制仍不清楚。因此，深入研究抑郁症的发病机制及开发新的有效药物治疗方法是迫在眉睫的任务。

除了压力和肠脑轴功能障碍的已知病理生理作用，越来越多的证据表明神经炎症或神经免疫机制在抑郁症进程中起着重要作用。感染患者更容易患抑郁症，抑郁症患者也会过度释放称为“炎症风暴”或“细胞因子风暴” 的炎症因子，如C反应蛋白（CRP）、白细胞介素6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。更有甚者，最近的Meta分析显示，对抗抑郁药无响应的患者存在异常炎症过程，包括高基线水平的CRP。我们的前期研究发现，经慢性压力或脂多糖（LPS）诱导抑郁的大鼠表现出抑郁行为，并伴随血浆CRP和IL-6浓度的增加，及脑源性神经营养因子（BDNF）减少。这些发现支持了炎症和抑郁之间的病理生物学重叠。

小胶质细胞是中枢神经系统（CNS）炎症反应的关键调节者，是CNS的驻留巨噬细胞。小胶质细胞的激活状态决定了其是促炎症还是神经保护。激活的小胶质细胞会促使释放炎症因子，导致神经损伤。我们的前期研究结果发现，小脑桥和海马区的小胶质细胞在阿尔茨海默病（AD）模型大鼠中积累。

多个研究表明，炎症通过破坏生物钟机制改变昼夜节律，针对IL-6的疗法可以改善睡眠障碍。作为小胶质细胞的重要调节器，启动受体家族的失衡可能影响体内活动并在不同疾病中产生多种结果。此外，昼夜节律障碍在精神障碍中很常见，抑郁症与昼夜节律障碍存在双向关系。昼夜节律中断可能促进抑郁的发生和严重程度，反之抑郁症可以进一步扰乱昼夜节律，同步大脑时钟与外界环境的时间可以减轻抑郁症状。

基于上述背景，本研究旨在探讨昼夜节律钟基因，特别是大脑和肌肉ARNT样蛋白1（BMAL1）在炎症与抑郁之间的作用，采用LsP挑战大鼠和BV2细胞作为研究模型。

研究来源

本文研究由Xu Dan-Dan、Hou Zhi-Qi、Xu Ya-Yun等学者完成，作者分别来自安徽医科大学、解放军总医院等机构。论文发表于2024年1月，由《Journal of Neuroimmune Pharmacology》接受发表。

实验设计与流程

实验动物与模型建立

实验选用2个月龄的雄性SD大鼠，分别进行适应1周后，随机分为对照组和LPS模型组。模型组大鼠每隔一天腹腔注射0.5mg/kg的LPS（源自大肠杆菌，055：B5血清型），对照组则注射等量的无菌生理盐水。施药后24小时进行强迫游泳测试（FST），并在四次注射完成后进行一系列行为测试。

行为学测试

所有的行为测试在安静的隔音房间内进行，包括开放场测试（OFT）、高架十字迷宫测试（EPM）、Y迷宫测试（Y-Maze）和糖水偏好测试（SPT）。实验结果显示，经过四次LPS注射后的模型组大鼠表现出抑郁样行为，证实LPS成功诱导了抑郁模型。

炎症风暴检测

LPS注射导致模型组大鼠血清IL-6、TNF-α 和CRP浓度显著增加，海马中的IL-6和TNF-α 蛋白表达水平增加，证实LPS诱导了“炎症风暴”。

HPA轴活动和肾上腺皮质形态学观察

LPS处理引起模型组大鼠皮质醇（CORT）浓度和下丘脑的CRH mRNA水平显著增加，肾上腺皮质发生轻度或中度形态学变化，显示HPA轴过度活跃。

BDNF与突触塑料性相关蛋白表达检测

随着LPS挑战时间增加，海马和下丘脑中BDNF、突触相关蛋白（如Syt-1）的表达逐渐减少，提示BDNF与突触塑料性在抑郁症中的关键作用。

昼夜节律相关指标检测

LPS处理后，模型组大鼠肛门温度波动、血清褪黑素和皮质酮浓度显著变化，海马中BMAL1蛋白表达增加，而PER2、CRY2和CLOCK蛋白显著减少，下丘脑BMAL1表达相反，提示昼夜节律紊乱。

细胞实验

研究以BV2小胶质细胞为体外模型，发现LPS处理导致细胞存活率下降、吞噬能力增加，TNF-α与IL-6蛋白表达上升，且BMAL1蛋白表达增加。而通过小干扰RNA（siRNA）技术下调BMAL1表达后，LPS引起的病理变化得到逆转，表明BMAL1在炎性反应中的重要作用。

研究结果与意义

主结果

1. LPS诱导大鼠抑郁样行为，表现为FST中不动时间增加和SPT中的糖水偏好指数下降。
2. LPS引起HPA轴过度活跃和“炎症风暴”，血清和脑中TNF-α和IL-6显著上升。
3. LPS导致大鼠海马和下丘脑中BDNF和突触相关蛋白表达减少，昼夜节律相关蛋白BMAL1在海马中增加，而在下丘脑中减少。
4. BV2细胞实验中，LPS处理增加了BMAL1、TNF-α和IL-6蛋白表达，抑制BMAL1可以逆转这些变化。

结论与亮点

本研究揭示了BMAL1在炎症与抑郁之间的潜在桥梁作用，并指出BMAL1失衡可能导致炎症风暴和昼夜节律紊乱，进而引发抑郁病理变化。这一发现有助于探索新的抗抑郁药物靶点，为疾病的预防和治疗提供新的思路。

研究意义与价值

本研究不仅提供了BMAL1在炎症相关抑郁中的新机制，还将昼夜节律基因与抑郁症及神经炎症联系起来，扩展了对抑郁发病机制的理解。同时，研究结果显示，调节BMAL1及其相关通道可能成为抑郁治疗的新方法，为未来治疗策略的开发提供了宝贵的信息。