中枢性C3a受容体はLPS誘発うつ様行動を調節する
中枢性补体C3a受体对LPS诱导抑郁样行为的调节机制
引言
世界中でうつ病患者の数が増加し続けている中、主要なうつ障害（major depressive disorder, MDD）は世界的に主要な障害原因の一つとなっています。うつ病の症状、治療効果、生物学的関連性には極めて大きな異質性があり、この疾患の複雑な病理過程を反映しています。近年、ますます多くの証拠が、免疫システムがうつ病の病因において重要な役割を果たしていることを示しています。多くの免疫関連遺伝子がうつ病のリスク因子であると考えられ、また、うつ病患者は免疫失調状態を示しています。さらに、特定の抗炎症治療が抗うつ効果を示し、免疫に基づく治療法が特定のうつ病患者群への精密医療ソリューションとして提案されています。しかし、免疫因子がどのようにしてうつを促進するのかのメカニズムは依然として不明です。
前頭前野皮質（prefrontal cortex, PFC）、特にげっ歯類の内側前頭前野皮質（medial prefrontal cortex, mPFC）に対応する部分は、うつ病における機能および構造異常もまたうつ病の感受性の原因であることが証明されています。研究はPFCにおける免疫細胞活動の失調、例えばマイクログリア（microglia）の活性化やシナプスの剪定（synaptic pruning）の関与などを示していますが、免疫経路がどのように直接PFC神経細胞活動を調節するかに関しては研究が限られています。
補体系は先天性免疫において極めて重要な部分であり、その不調和は様々な神経および精神疾患、うつ病を含むに関連しています。研究によれば、補体C3a受容体（C3a receptor, C3AR）は、慢性ストレスマウスモデルにおいて単核細胞の浸潤とマイクログリアの活動を調節します。しかし、うつ病モデルにおいてC3ARの活性がPFC神経細胞にどのような影響を与えるかは不明です。
本研究の目的は、mPFCにおけるC3ARが全身性リポ多糖（lipopolysaccharides, LPS）誘導性のうつ様行動においてどのような役割を果たすか、そしてそのmPFC神経細胞の興奮性に対する影響を探ることです。
研究出典
本論文は《Progress in Neurobiology》2024年第236期に掲載されており、2024年4月17日にオンライン公開されました。本研究は浙江大学の複数部門の研究者によって共同で行われ、第二附属病院の神経および精神医学部門、基礎医学院のシステム医学研究センターなどが含まれています。通信著者はLien Hongです。
研究デザインおよびプロセス
動物モデルと実験プロセス
すべての動物実験は、浙江大学の実験動物の飼育および使用に関するガイドラインに従い、浙江大学動物実験委員会の承認を受けて行われました。本研究でのC3ARノックアウト（KO）マウスは南京医科大学のZhou Hong博士から提供され、その後C57BL/6Jマウスと10世代以上にわたって交配されました。マウスは標準的な昼夜の12時間光/暗周期（毎朝7時から夜7時まで点灯）、22±1℃および湿度55%±5%の環境下で飼育され、自由に食物と水を取りました。行動テストは光周期中に2-4ヶ月齢のオスのマウスを使って行われました。
ウイルスと細胞培養
本研究では、特定の脳内領域での大量の遺伝子発現およびサイレンシング実験を行うために、一連のAAVウイルスを使用しました。特にPFC内の神経細胞のC3aR発現レベルを操作しました。さらに、一次細胞培養および電気生理学実験も研究プロセスにおいて重要な役割を果たしました。一次培養された神経細胞、アストロサイトおよびマイクログリアの処理および分析を通じて、研究者たちはLPSおよびC3aがC3aR発現に与える影響をさらに探りました。
行動テスト
マウスの行動テストには、オープンフィールドテスト（Open Field Test, OFT）、高架十字迷路テスト（Elevated Plus Maze Test, EPM）、テイルサスペンションテスト（Tail Suspension Test, TST）、強制水泳テスト（Forced Swim Test, FST）およびショ糖嗜好テスト（Sucrose Preference Test, SPT）が含まれました。これらのテストは、LPS処理後にマウスが示す不安およびうつ様行動を評価するのに役立ちました。
データ分析
実験データはIBMのSPSS統計ソフトウェアまたはGraphPad Prism 6を用いて分析され、データは平均値±標準誤差として示されました。有意性の閾値は*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001とされました。
研究結果
C3ARノックアウトマウスはLPS誘導性うつ様行動に対して耐性を示す
ELISAおよびウエスタンブロット分析により、LPS処理後のWTマウスのmPFCにおけるC3およびC3aRの発現が顕著に増加したことが示されましたが、C3ARノックアウトマウスはLPS誘導性の不安およびうつ様行動に対して耐性を示しました。LPS処理のWTマウスと比較して、LPS処理のKOマウスはOFT、EPM、TST、およびFSTにおいて顕著な行動異常を示さず、C3aR欠失がLPS誘導性のうつ様行動を効果的に抑制したことが示されました。
mPFC内のC3ARはLPS誘導性のうつ様行動を調節する
C3ARがmPFC内でLPS誘導性の行動変化を調節する役割をさらに検証するため、研究者はWTマウスのmPFCに両側にカニューレを植え込み、脳内にC3aR拮抗剤（C3ARA）を注入する実験を行いました。その結果、LPS処理のWTマウスは人工脳脊髄液を注入した対照群に比べて、C3ARAを注入後のテイルサスペンションおよび強制水泳実験における運動低下が顕著に減少し、mPFC内のC3ARがLPS誘導性のうつ様行動において重要な役割を果たしている可能性が示されました。
C3ARはmPFC神経細胞の興奮性を調節し、LPS誘導性のうつ様行動を両方向に調節する
WTおよびKOマウスの一次皮質神経細胞および急性脳片での電気生理学記録により、C3AR欠失のKO神経細胞は同じ脱分極電流注入で生じる活動電位の数がWT神経細胞よりも顕著に多く、KO神経細胞がより高い興奮性を持つことが示されました。さらに、C3ARの活性は神経細胞の興奮性を逆方向に調節することができ、WT神経細胞にC3aを処理すると活動電位頻度が顕著に低下し、KO神経細胞ではLPS処理により活動電位頻度が増加しました。このことは、C3AR欠失が基礎興奮性を高めるだけでなく、LPS処理後にmPFC神経細胞の興奮性をさらに高めることを示唆しています。
LPS処理のC3AR KOマウスはmPFCグルタミン酸作動性神経細胞抑制誘発のうつ様行動に対して耐性を示す
研究はさらに、C3ARの具体的な機能が働く細胞をmPFC内で探索し、化学遺伝学ツールを用いてC3AR KOマウスのmPFCグルタミン酸作動性神経細胞を特異的に抑制しました。LPS処理のKOマウスは依然として正常な行動を示しました。
結論
研究は、C3ARがLPS誘導性うつ様行動において重要な調節メカニズムを持つことを明らかにし、mPFCグルタミン酸作動性神経細胞の興奮性を調節することにより抗うつ効果を達成する重要な経路を提案しました。これはMDDの病理メカニズムに対する新たな理解を提供するだけでなく、将来的にC3ARをターゲットとした治療方法の開発の基盤を確立しました。
研究の意義
本研究は、補体系がうつ病において新しいメカニズムを持つことを明らかにし、今後MDDの介入手段を開発するための新たな理論的基盤を提供しました。C3ARはmPFC神経細胞の興奮性を調節することにより、直接的にうつ様行動に影響を与え、潜在的な治療ターゲットとしての前途が示されました。今後は、C3ARが異なる性別や他の脳領域においてどのように作用するか、また臨床介入での実現可能性をさらに研究することが期待されます。
以上の研究は、うつ病の病因研究に新たな方向を示し、特に特定患者群への精密治療のために補体系および神経細胞活動の調節が有効な治療方法をもたらす可能性を示しました。