小グリア細胞のPDCD4欠損がDAXXを介したPPARγ/IL-10シグナル伝達を促進し、神経炎症関連うつ病を軽減する

背景紹介

近年、神経炎症プロセスは統合失調症、うつ病、不安症など多くの精神疾患に関連していることが証明されています。これらの疾患の共通の特徴は、脳内の炎症促進および抗炎症プロセスの不均衡です。蓄積された証拠は、インターロイキン(IL)-1β、IL-6、腫瘍壊死因子-α(TNF-α)などの炎症因子が感情障害の病理過程に関与していることを示しています。しかし、多くの研究が炎症促進因子のうつ病における役割に注目している一方で、抗炎症因子とそれらの炎症促進因子と抗炎症因子間のバランス崩壊のメカニズムについてはさらなる検討が必要です。

炎症刺激は、脳内の常在マクロファージであるミクログリアに特に敏感です。ミクログリアはストレス状況下で活性化され、活動依存的なシナプス刈り込みを通じて感情行動の調節に関与します。末梢のリポ多糖(LPS)はミクログリアの活性化剤として、ミクログリアの炎症促進反応を誘導し、マウスにうつ様行動を引き起こします。ミノサイクリンなどのミクログリア抑制剤の長期使用は、マウスの神経炎症によって引き起こされるうつ様行動を予防できます。さらに、核受容体ファミリーのメンバーであるペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γ(PPARγ)は、うつ病における重要な役割で注目を集めています。

プログラム細胞死4(PDCD4)はアポトーシス関連分子で、腫瘍形成と炎症性疾患に広く関与しています。以前の研究では、うつ病患者の脳でPDCD4発現が上昇していること、そして脳由来神経栄養因子(BDNF)のブロックと炎症促進反応の上方制御を通じて慢性ストレス誘導うつ様行動に関与していることが示されています。しかし、神経系の炎症におけるPDCD4の具体的な機能はまだ明らかではありません。

本研究は、ミクログリア特異的PDCD4の炎症関連うつ病における役割とそのメカニズムを探ることを目的としています。

論文出典

本論文はYuan Li、Bing Zhan、Xiao Zhuang、Ming Zhao、Xiaotong Chen、Qun Wang、Qiji Liu、Lining Zhang（責任著者）らによって執筆され、「Journal of Neuroinflammation」誌2024年第21巻第143号に掲載されました。

研究プロセス

1. ミクログリアのPDCD4欠損が神経炎症関連うつ病を軽減する効果

a. 実験デザインとモデル

炎症関連うつ病を仲介するミクログリアPDCD4を研究するため、研究者は成体雄マウスにLPSを腹腔内注射してうつ状態をモデル化し、尾懸垂試験(TST)と強制水泳試験(FST)を用いてマウスのうつ様行動を検証しました。

遺伝子工学技術を用いて、研究者はミクログリア特異的PDCD4条件付きノックアウトマウス（PDCD4 mckoマウス）を作製し、一連の生化学実験と行動学的テストを行いました。

b. 実験結果

実験結果は、LPS誘導うつ様マウスの前頭前皮質(PFC)でPDCD4 mRNAとタンパク質レベルが著しく上昇したことを示しました。しかし、ミクログリアのPDCD4ノックアウトはLPS誘導うつ行動を明らかに軽減しました。この保護効果はミクログリア特異的PDCD4ノックアウトによって達成されました。

免疫蛍光染色実験を通じて、研究者はLPS処理が前頭前皮質と海馬でPDCD4の発現レベルを増加させたことを観察しました。行動学的テストでは、LPS処理されたPDCD4 mckoマウスは強制水泳試験と尾懸垂試験での不動時間が著しく減少し、ショ糖嗜好テストではショ糖嗜好率が著しく上昇し、うつ行動が軽減されたことを示しました。

2. ミクログリアPDCD4欠損がPPARγシグナル伝達を促進してLPS誘導ミクログリア活性化を軽減する

a. 分子メカニズムの探索

ミクログリアPDCD4欠損で観察された抗うつ効果の分子メカニズムを探るため、研究者はRNA sequencing分析を行いました。結果は、LPS処理されたPDCD4 mckoマウスのPFCで586個の遺伝子が差次的に発現していることを示しました。KEGG経路分析は熱産生と酸化的リン酸化が著しく変化したことを示しました。遺伝子セット濃縮分析（GSEA）はPPARシグナル経路がLPS処理されたPDCD4 mckoマウスで濃縮されていることを示し、PPARγが重要な調節遺伝子である可能性を示唆しました。

実験結果はさらに、PPARγ mRNAとタンパク質がLPS処理された対照群マウスのPFCで著しく減少したが、PDCD4 mckoマウスでは減少しなかったことを示しました。PPARγ阻害剤GW9662はPDCD4欠損ミクログリアのLPS処理下での抗うつ効果を打ち消しました。

3. PDCD4がPPARγとDAXXの相互作用をブロックしてPPARγの核発現を抑制する

PDCD4がどのようにPPARγ機能を調節するかを探るため、研究者はマウス初代ミクログリアを用いて実験を行いました。実験結果は、PDCD4ノックアウト下でPPARγタンパク質レベルは変化しないが、LPS刺激24時間後にPPARγレベルが著しく増加したことを示しました。

免疫沈降実験を通じて、研究者はDAXXとPPARγが相互作用することを発見し、さらにPDCD4がPPARγ-DAXX複合体形成に及ぼす影響を調べました。実験結果は、PDCD4過剰発現がPPARγとDAXXの相互作用を減少させ、PDCD4ノックアウトが両者の相互作用を強化し、それによってPPARγの核輸送を促進したことを示しました。

4. ミクログリアPDCD4欠損がIL-10の発現を回復させてLPS誘導うつ行動を軽減する

研究者は脳室内にIL-10中和抗体IL-10rαを注射し、LPS処理されたミクログリアPDCD4 mckoマウスでIL-10中和がうつ行動の改善を著しく阻止したことを発見し、PDCD4欠損の抗うつ作用におけるIL-10の重要な役割を示しました。

研究結論

この研究は、ミクログリアPDCD4がPPARγ仲介IL-10転写を中断することで、神経炎症関連のミクログリア活性化とその後のうつ様行動を仲介していることを直接的に証明しました。

科学的価値と応用展望

この研究は、ミクログリアPDCD4の神経炎症とうつ病における役割とその分子メカニズムを明らかにし、PDCD4が神経炎症関連うつ病の治療の潜在的標的としての重要性を強調し、将来の新しい抗うつ治療法開発に新たな視点を提供しました。

研究のハイライト

1. メカニズムの革新：PDCD4がDAXXを介したPPARγ/IL-10シグナル伝達経路を通じて炎症関連うつ病で重要な役割を果たすことを明らかにしました。
2. 行動学的検証：複数の行動学的テストでミクログリアPDCD4欠損がLPS誘導うつ行動を軽減する効果を確認しました。
3. 生化学実験：RNA sequencing、免疫蛍光、免疫沈降など多様な技術を用いて関連分子メカニズムを深く探究しました。