重度抑鬱症（Major depressive disorder，MDD）是一種常見的精神疾病，影響全世界近乎20%的人口，然而MDD的生物學基礎仍尚未明確。已有文獻報道慢性應激可以導致抑鬱症患者以及抑鬱症動物模型神經結構可塑性出現缺陷。因此，透過相關分子通路調控神經結構，進而保留神經結構可塑性的完整性可能是治療MDD的有效方法。
以往的研究表明，神經元突觸可塑性的結構和功能受到包括microRNAs (miRNAs)在內的多種訊號通路的調節。miRNAs是一種非編碼RNA，多項臨床前研究和臨床研究均說明miRNAs都與抑鬱症的病理生理機制相關。
有研究表明，慢性社交挫敗應激（chronic social defeat stress，CSDS）造模的小鼠內側前額葉皮層（medial PFC，mFPC）腦區中miR-214上調，而抑制miR-214可以逆轉CSDS造模後小鼠的抑鬱樣行為，這與mPFC腦區微小興奮性突觸後電流（miniature excitatory postsynaptic current，mEPSC）的幅值和樹突棘數量的增加有關。然而慢性應激下miR-214相關的結構可塑性的分子機制仍不十分清楚。TWIST1是一種高度保守的螺旋-環-螺旋（helix-loop-helix）轉錄因子，可能間接調控miR-214的前體，然而其在大腦中的功能還不清楚。
基於此，來自華中科技大學同濟醫學院的陳建國和王芳團隊在Biol Psychiatry雜誌上發文，研究TWIST1透過miR-214-PPAR-δ訊號通路調節神經元結構可塑性，進而調控抑鬱樣行為。
1，TWIST1在慢性應激誘導的小鼠抑鬱症動物模型以及抑鬱症患者中表達上調。
首先，在聚合酶鏈反應、蛋白印跡檢測和免疫熒光實驗中均觀察到在CSDS後易感組小鼠mPFC腦區中TWIST1表達顯著增加，CRS和CUS誘導的行為變化也伴隨著mPFC腦區中TWIST1蛋白的顯著升高，然而急性的應激（比如單次的社交挫敗）並不能引起mPFC腦區中TWIST1表達水平的改變。這些結果說明mPFC腦區中TWIST1訊號與慢性應激誘導的抑鬱樣行為呈正相關。
圖1 TWIST1在抑鬱患者和小鼠抑鬱症動物模型中的表達升高。
隨後，作者還定量檢測了易感小鼠和MDD患者血液中TWIST1 mRNA的水平，發現其表達水平顯著升高。同時作者還發現血液中TWIST1 mRNA的水平與患者MDD症狀的嚴重程度呈正相關，認為TWIST1 mRNA可以作為MDD的潛在生物標誌物。
另外，氟西汀作為一種經典的抗抑鬱藥，在此項研究中被用作陽性對照。作者發現，氟西汀在緩解CSDS誘導的抑鬱樣行為時，逆轉了易感組小鼠mPFC中TWIST1表達的增加，說明TWIST1是氟西汀抗抑鬱作用的重要組成部分。以上這些結果表明，mPFC中的TWIST1參與了慢性應激誘導的抑鬱樣行為和氟西汀產生的抗抑鬱作用。
2，小鼠mPFC腦區TWIST1表達調控小鼠抑鬱樣行為以及神經元結構可塑性。
為了探討TWIST1是否在CSDS誘導的抑鬱樣行為中發揮作用，作者採用慢病毒介導的以Twist1為靶點的短髮夾RNA構建體(LV-shTwist1)注射到mPFC中，以降低TWIST1的表達。行為測試表明在強迫游泳試驗和懸尾試驗中，敲低TWIST1表達可以改善易感組小鼠的抑鬱樣行為，包括社交回避、蔗糖偏好缺失以及懸尾和強迫游泳實驗中不動時間的增加。
圖2 mPFC中TWIST1可以調節小鼠的抑鬱樣行為。
為進一步探索mPFC中TWIST1的上調是否會導致抑鬱樣行為，作者利用重組腺相關病毒載體(AAV-TWIST1)過表達TWIST1，病毒注射後的第21天，給予小鼠低閾值的應激（在沒有其他促抑鬱的方式下，低閾值應激通常不足以引起類似抑鬱的行為）。結果顯示，在mPFC中過表達TWIST1增加了暴露於低閾值應激小鼠的社交回避行為，並降低了小鼠對蔗糖的偏好。
接下來，為探討TWIST1對mPFC樹突形態的作用，作者透過單細胞注射lucifer yellow，對mPFC腦區II / III層的單個錐體神經元形態進行示蹤，發現CSDS可誘導神經元發生萎縮，表現為樹突長度、分支減少以及樹突複雜性降低，其中敲減TWIST1可逆轉上述病理改變，上調TWIST1則同樣會導致樹突形態的缺陷。因此，mPFC腦區中的TWIST1是應激進展中的一個重要因素，可能透過調節神經元結構可塑性影響小鼠抑鬱樣行為。
3，TWIST1透過下游miR-214-PPAR-δ訊號通路影響線粒體功能，進而調控抑鬱樣行為。
透過進一步分子靶點的篩選，作者發現miR-214在mPFC中的一般性靶點β-catenin並不是TWIST1的下游，但卻篩選到PPAR-δ是可能的TWIST1的下游靶點。PPAR-δ與線粒體功能密切相關，並且越來越多的證據表明線粒體功能障礙和神經精神疾病密切相關。因此作者猜測TWIST1可能透過PPAR-δ損害線粒體功能障礙進而誘導抑鬱症的出現。
圖3 TWIST1的誘導促進miR-214–PPAR-δ訊號通路
作者首先檢測了CSDS小鼠mPFC的線粒體功能，發現慢性應激降低線粒體DNA的複製數、線粒體膜電位以及ATP濃度。為了進一步研究TWIST1對線粒體功能的調控，作者首先構建了CRISPR/Cas9介導PPAR-δ基因敲除的慢病毒載體，用AAV-TWIST1或LV–Cas9–PPAR-δ轉染原代培養的皮層神經元，並隨後對其線粒體功能進行測量。結果顯示，AAV-TWIST1過表達TWIST1可降低神經元中線粒體膜電位，而此現象可以被PPAR-δ選擇性拮抗劑逆轉。這些結果表明TWIST1的增加和PPAR-δ的降低會導致線粒體功能障礙。
圖4 TWIST1透過抑制PPAR-δ損害線粒體功能
為進一步揭示慢性應激誘導的抑鬱樣行為是否由miR-214–PPAR-δ訊號通路介導，將LV–miR-214或LV-GFP注入正常小鼠的雙側mPFC中。在miR-214過表達後，小鼠在尾部懸尾試驗和強迫游泳試驗中不動時間增加，蔗糖偏愛性降低。此外，在mPFC中接受LV–Cas9–PPAR-δ注射的小鼠也表現出明顯的抑鬱樣行為。這些結果表明，miR-214–PPAR-δ訊號通路的啟用導致了抑鬱樣行為。
圖5 mPFC中的miR-214–PPAR-δ訊號通路調節小鼠的抑鬱樣行為
同時，透過長期給mPFC內注射選擇性PPAR-δ激動劑GW0742可以逆轉CSDS誘導的抑鬱樣行為。此外，長期服用選擇性PPAR-δ拮抗劑GSK3787阻斷了LV-sh Twist1的抗抑鬱作用易感小鼠的治療。
作者發現，敲除PPAR-δ會在原代培養的皮層神經元中導致樹突長度，分支和複雜性降低，樹突形態異常。綜上所述，TWIST1介導的miR-214-PPAR-δ訊號通路與慢性應激導致的抑鬱密切相關。
4，總結
圖6 慢性應激誘發的TWIST1以及其下游通路的改變
本項研究證明，mPFC中的TWIST1是介導慢性應激誘導的抑鬱樣行為的關鍵分子。在慢性應激誘導的抑鬱樣行為中，mPFC中TWIST1表達上調，透過啟用miR-214-PPAR-δ訊號通路，導致線粒體功能障礙，損害mPFC的神經元形態，最終誘導抑鬱樣行為。而TWIST1基因的下調則可以緩解抑鬱樣的行為。這可能為未來治療抑鬱症提供了一種的策略。
參考文獻：
He JG, Zhou HY, Xue SG, Lu JJ, Xu JF, Zhou B, Hu ZL, Wu PF, Long LH, Ni L, Jin Y, Wang F, Chen JG. Transcription Factor TWIST1 Integrates Dendritic Remodeling and Chronic Stress to Promote Depressive-like Behaviors. Biol Psychiatry. 2020 Sep 10:S0006-3223(20)31906-5.
延伸閱讀
2020年2月18日，精神病學頂尖雜誌《生物精神病學》（Biological Psychiatry，IF：11.982）線上發表陳建國教授課題組有關ACEI類經典降血壓藥快速抗抑鬱新用途的。抑鬱症和高血壓在臨床上存在明顯的共病現象，在研究抑鬱與高血壓共病機制的過程中，陳建國教授團隊意外發現從上世紀80年代開始，來自歐美國家不同醫院的多個案例報告都發現ACEI類藥物卡託普利可能具有快速改善抑鬱症患者情緒的效果，但缺少相關的實驗驗證和機制學研究分析。
團隊根據案例報告和臨床用藥劑量，在慢性不可預測應激和社會挫敗應激小鼠模型上開展轉化醫學研究發現：給予臨床常規單次劑量的卡託普利不能產生快速抗抑鬱效果，但給予高劑量（2-4倍）卡託普利會產生明顯的快速抗抑鬱作用。這一效應不能被其他作用於血管緊張素系統的降血壓藥如腎素抑制劑阿利克侖、血管緊張素II受體拮抗劑纈沙坦等模擬，且不依賴於經典的腎素-血管緊張素-醛固酮系統。
進一步研究發現，這種快速抗抑鬱作用主要來自ACEI減少緩激肽降解的非經典作用途徑，透過啟用緩激肽B2型受體及其下游調控突觸新生的小G蛋白Cdc42，產生突觸新生效應和快速抗抑鬱作用，為重度抑鬱症、尤其是共病高血壓的抑鬱症患者治療提供了新的藥物干預策略。
1.Luo H*, Wu PF*, Cao Y, Jin M, Shen TT, Wang J, Huang JG, Han QQ, He JG, Deng SL, Ni L, Hu ZL, Long LH, Wang F#, Chen JG#. Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitor Rapidly Ameliorates Depressive-Type Behaviors via Bradykinin-Dependent Activation of Mammalian Target of Rapamycin Complex 1.Biol Psychiatry. 2020 Feb 18:S0006-3223(20)30094-9. doi: 10.1016/j.biopsych.2020.02.005.
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