东北师范大学俞华莉课题组揭示AMPK-mTOR信号的失调诱发Dip2a KO小鼠的焦虑样表型

撰稿丨脑声常谈 左卿（笔名）

排版丨脑声常谈 编辑团队

disco相互作用蛋白2同源物A（DIP2A）编码DIP2蛋白家族的一个成员，该基因的突变与自闭症、阅读障碍和唐氏综合征有关。过去研究表明，DIP2A基因敲除小鼠表现出类似自闭症的行为，包括过度的重复行为和社交新奇性的缺陷。然而，DIP2A在其他精神疾病和自闭症中的作用机制仍不清楚。

在此背景下，2022年10月13日，东北师范大学遗传与细胞研究所俞华莉在Cerebral Cortex,发文揭示了AMPK-mTOR信号的失调诱发Dip2a KO小鼠的焦虑样表型。

首先，课题组对Dip2a KO小鼠的行为学表型进行评估。明暗室穿梭（Light–dark transition-LDT)实验结果显示：Dip2a KO小鼠在明亮室内停留时间显著减少；高架十字迷宫（EPM）结果显示其进入开放臂的延迟增加，在开放臂中的停留时间减少。此外，Dip2a KO小鼠在水迷宫、八臂迷宫和糖水偏爱测试中的表现与WT鼠没有差异。这些结果表明Dip2a的敲除将诱发小鼠的焦虑样表型。

图1|Dip2a KO小鼠在LDT和EPM中表现出焦虑样表型

由于焦虑与神经元形态相关，课题组由此采用高尔基-cox染色分析树突状生长情况，结果显示：与WT小鼠相比，Dip2a KO小鼠皮层和海马的神经元树突总长度，特别是基底树突的总长度显著减少。Sholl分析显示，Dip2a KO神经元的树突分支显著减少。

图2|海马脑区的高尔基-cox染色结果

由于DIP2A参与乙酰辅酶a的合成和线粒体代谢，提示Dip2a KO小鼠的行为异常可能与AMPK-mTOR信号通路相关。WB结果显示：与WT小鼠相比，Dip2a KO小鼠的AMPK磷酸化水平显著增加，即AMPK过度激活。此外，p70S6K的磷酸化和S6K的磷酸化均显著降低。这些数据表明：在Dip2a KO小鼠的大脑中，AMPK-mTOR信号通路受到干扰。

为了进一步证实DIP2A在树突发育中的作用，课题组培养了初级皮层神经元，并通过MAP2染色，分析了DIV7(体外培养7天)时的树突长度，结果显示：与WT小鼠相比，Dip2a KO小鼠神经元的总树突长度显著减少，而全长DIP2A（DIP2A-FL）的过表达增加了树突的总长度；此外，过表达DIP2A-FL可逆转Dip2a KO神经元树突的生长异常。这些数据表明，DIP2A是树突正常生长所必需的。

那么DIP2A是否通过AMPK-mTOR通路调节树突状细胞的发育呢？WB结果表明，应用AICAR增加了AMPK的磷酸化水平，减少了树突状长度，导致了类似于Dip2a缺失的表型。而化合物C是一种AMPK激活的抑制剂，逆转了磷酸化AMPK水平的升高和Dip2a KO小鼠神经元树突状长度的减少。综上所述，这些数据表明DIP2A通过AMPKmTOR通路调控树突形态发育。

图3| DIP2A的过表达增加了树突长度

由于mTOR是氯胺酮的一个关键靶点，为了证实mTOR信号在Dip2a KO小鼠的焦虑样行为中的作用，课题组对Dip2a KO小鼠进行氯胺酮的代谢物（2R，6R）-HNK给药。行为学测试结果显示：HNK给药显著逆转了Dip2a KO小鼠在明亮室中停留时间的减少和高架十字迷宫中进入开放臂的延迟的增加以及在开放臂中停留时间的减少。WB和染色结果表明，HNK给药逆转了Dip2a KO小鼠AMPK-mTOR通路中信号分子的异常表达及基底神经元树突长度的缩短。这些结果表明：DIP2A通过调节mTOR信号通路进而影响小鼠病理生理过程和树突状形态发育从而诱发焦虑。

图4|HNK对Dip2a KO小鼠的治疗效果

DG中的成熟神经发生与焦虑有关。课题组由此发现，Dip2a KO小鼠在经历EPM一小时后神经元c-Fos信号显著上调，即成熟神经发生参与了Dip2a KO小鼠的焦虑样行为。进一步的染色结果显示：DIP2A首先在一些未成熟神经元（DCX+ NeuN+）中检测到，然后在几乎所有NeuN阳性成熟神经元（DCX-NeuN+）中检测到，提示DIP2A可能通过新生DG神经元调节焦虑样行为。课题组由此培育了DG脑区的Dip2a cKO小鼠，并发现该小鼠虽没有表现出明显的焦虑样行为，但在通气良好的50mLFalcon管中进行急性约束应激3天后，在LDT试验和EPM试验中均表现出更多的焦虑行为；而HNK治疗和高脂肪饮食（HFD）均可缓解Dip2a KO和Dip2a cKO小鼠的焦虑样表型。

图5| Dip2a KO小鼠在经历EPM一小时后神经元c-Fos信号显著上调

总的来说，本文的研究确定了DIP2A是树突状发育的关键调控因子，并强调了能量稳态在焦虑样行为中的重要性。AMPK-mTOR信号通路的失衡是Dip2a KO小鼠树突状萎缩和焦虑样行为的核心原因。该研究认为焦虑与代谢紊乱密切相关，需要进一步研究安全有效的有针对性的措施对其干预。

文章来源

https://doi.org/10.1093/cercor/bhac393