金黄色葡萄球菌是一种革兰氏阳性细菌，可引起如脓毒症、心内膜炎、骨髓炎和肺炎等感染。临床试验发现特应性皮炎儿童的焦虑程度增加与金黄色葡萄球菌感染有关。另一项研究表明金黄色葡萄球菌可在脑脓肿小鼠中引起一系列焦虑样行为，这些异常行为通过使用对金黄色葡萄球菌敏感的杀菌剂环丙沙星而得到改善。此外，越来越多的研究表明，金黄色葡萄球菌诱导的外周炎症或神经炎症参与了精神疾病的发病机制。然而，目前仍不清楚金黄色葡萄球菌如何调控焦虑样行为。
欢迎关注
动物神经科学与行为学
在此背景下，2022年8月17日，中国人民解放军陆军军医大学范晓棠和Junwei Gao课题组在Brain and Behavior上发表了题为Microglia activation in the mPFC mediates anxiety-like behaviors caused by Staphylococcus aureus strain USA300的研究论文，揭示了金黄色葡萄球菌USA300通过诱导小鼠mPFC的神经炎症引发焦虑。
首先，课题组尾静脉注射USA300后对小鼠进行行为学测试，旷场测试结果显示：USA300小鼠子旷场中央停留时间减少。明暗室转换结果显示USA300小鼠在暗室内停留时间及两室间转换次数显著增加。此外，课题组发现两只小鼠在新物体识别、悬尾测试、蔗糖偏爱测试和强迫游泳中的表现没有差异。这些结果表明金黄色葡萄球菌USA300感染可诱导小鼠的焦虑样行为而不诱发抑郁。
旷场实验、明暗箱行为测试软件推荐--上海欣软
VisuTrack | 一款大家都在用的动物行为分析软件2022-07-18图1|旷场实验测试结果及分析
考虑到金黄色葡萄球菌可诱导外周炎症或神经炎症，为了确定USA300诱发小鼠焦虑样行为的细胞机制，课题组检测了小鼠USA300感染6h后血清中炎症因子表达水平。ELSA结果显示：与对照组相比， USA300小鼠的血清IL-1β、IL-6和TNF-α表达水平显著升高。这些结果表明，金黄色葡萄球菌USA300的感染诱导了外周血炎症细胞因子的上调。
图2|ELSA结果分析
中枢神经系统炎症主要涉及小胶质细胞的激活和促炎细胞因子的释放。课题组由此通过Iba-1染色追踪mPFC中小胶质细胞的激活情况。结果显示：USA300小鼠mPFC-V层中Iba1标记的小胶质细胞数量显著增加，而WB结果也显示其mPFC的Iba1蛋白表达水平显著上调。此外，形态学染色结果显示USA300的小鼠mPFC中小胶质细胞胞体变大，而分支数量和长度减少。进一步的RT-qPCR和WB分析结果表明：USA300小鼠mPFC中TLR2、NF-κB 和IL-6的mRNA和蛋白水平上调，而TNF-α在翻译水平上的表达也上调。这些结果表明：金黄色葡萄球菌USA300可能通过上调TLR2/NF-κB信号通路诱导mPFC的神经炎症。
图3|mPFC中小胶质细胞的形态学染色
研究表明，谷氨酰胺酶1（GLS1）在神经炎症中发挥了重要作用。在中枢神经系统中，GLS是一种催化谷氨酰胺水解脱酰胺转化为谷氨酸的酶，在兴奋毒性谷氨酸生成中发挥重要作用。课题组WB结果显示：USA300小鼠mPFC中GLS1水平显著高于对照组小鼠。由于谷氨酰胺分解衍生的谷氨酸在STAT3激活中发挥重要作用，而STAT3在焦虑中也发挥作用。课题组因此进一步检测了p-STAT3的表达。WB结果显示：USA300小鼠p-STAT3水平显著上调。这些结果表明，金黄色葡萄球菌USA300感染导致GLS1过表达从而激活STAT3信号通路。
图4| USA300感染对小鼠mPFC中GLS1和STAT3/p-STAT3表达的影响
总的来说，本文通过对USA300小鼠形态学、分子学和行为学的研究，发现金黄色葡萄球菌USA300通过引起小鼠外周血炎症细胞因子的上调，激活TLR2/NF-κB和STAT3信号通路来诱发mPFC的神经炎症从而导致焦虑样行为。这些发现扩展了对神经系统中金黄色葡萄球菌感染的认知，并为焦虑的模型和治疗提供新的见解。
文章来源
https://doi.org/10.1002/brb3.2715
“关注我们，实验不走弯路”
开放转载
本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请
点击举报。
