2023年4月12日，加州大学洛杉矶分校的研究人员在Nature期刊发表论文“Astrocyte-neuron subproteomes and obsessive-compulsive disorder mechanisms”，揭示了星形胶质细胞在强迫症相关行为中发挥重要作用。
强迫症（obsessive-compulsive disorder, OCD）属于焦虑障碍的一种类型，是一组以强迫思维和强迫行为为主要临床表现的神经精神疾病，其特点为有意识的强迫和反强迫并存，一些毫无意义、甚至违背自己意愿的想法或冲动反反复复侵入患者的日常生活。在全世界范围内，强迫症终身患病率为超过1%，有近10亿人表现出有不同程度的强迫症症状。严重强迫症的危害很大，严重影响患者注意力，以及学习和工作，严重的可以完全丧失学习能力和工作能力，导致精神残疾。
星形胶质细胞是中枢神经系统中的主要胶质细胞类型，与神经元共同进化。星形胶质细胞是大脑的重要组成部分并且像神经元一样，它们显示不同大脑区域的形态和特性。星形胶质细胞和神经元都广泛涉及脑部疾病，其中包括精神疾病。星形胶质细胞和神经元在大脑中广泛相互作用，识别星形胶质细胞和神经元蛋白质组对于阐明决定它们各自对生理学和疾病的贡献的蛋白质网络至关重要。本文中揭示了星形胶质细胞亚蛋白质组的生理变化，以及星形胶质细胞和神经元SAPAP3机制如何影响小鼠的OCD表型。结果表明，针对星形胶质细胞和神经元的治疗策略可能有助于治疗强迫症和其他潜在的脑部疾病。
图一 纹状体星形胶质细胞和神经元蛋白质组
作者首先利用主成分分析(PCA)将对照与BioID2组、星形胶质细胞与神经元和胞质溶胶以及星形胶质细胞和神经元的PM分开。纹状体是基底神经节最大的核团，是一组参与运动、行动和多种神经精神状况的皮质下核团。纹状体包含星形胶质细胞和神经元之间的广泛接触，通过对纹状体内神经元和星形胶质细胞的蛋白质组学分析，寻找相互作用的蛋白以及富集的信号通路。结果发现纹状体内的神经元和星形胶质细胞中的蛋白都含有一种与强迫症有关的蛋白SAPAP3。
图二 纹状体星形胶质细胞亚室蛋白质组
作者接着评估了星形胶质细胞和神经元的胞质和质膜隔室，以发现这些细胞在信号机制的蛋白质水平上是如何不同的。此外，他们还评估了星形胶质细胞的亚细胞区室，包括终足（end-feet）和细胞突，以揭示它们的亚蛋白质组和基本星形胶质细胞信号传递和稳态功能的分子基础。同时进行了PPI互作蛋白分析以及相关通路的富集。这些结果表明探究了以前未在星形胶质细胞中探索过的蛋白质，其中一种蛋白质SAPAP3在纹状体中富集。
图三 SAPAP3在纹状体星形胶质细胞中表达
SAPAP3已被证明与人类强迫症和重复行为相关，在纹状体星形胶质细胞和神经元PM隔室中检测到类似的高水平。在使用EZR–BioID2评估的星形胶质细胞亚区室中也发现了SAPAP3，但在使用 AQP4–BioID2、GLT1–BioID2、KIR4.1-BioID2或CX43–BioID2评估的星形胶质细胞亚区室中未发现。这一结果表明星形胶质细胞SAPAP3主要存在于细胞质中和星形胶质细胞精细突起的PM附近。蛋白质组学的发现得到了神经元特异性和星形胶质细胞特异性RNA-seq数据的支持，这些数据显示出相似的Dlgap3表达水平。Dlgap3的scRNA-seq分析显示神经元和星形胶质细胞中的表达相似。为了进一步验证星形胶质细胞的数据，作者进行RNAscope荧光原位杂交，在基因标记的星形胶质细胞中检测到丰富的Dlgap3 mRNA，这在敲除SAPAP3的小鼠中未观察到。来自野生型和 SAPAP3 KO小鼠的蛋白质组学、细胞特异性测序数据提供了星形胶质细胞表达SAPAP3。SAPAP3在纹状体星形胶质细胞中高水平表达，并在特定的星形胶质细胞亚区中富集，它可以发挥调节肌动蛋白细胞骨架组织的作用。
图四 神经元和星形胶质细胞的SAPAP3机制
虽然SAPAP3可以与MSN4上谷氨酸能突触处的突触后密度相互作用，但在星形胶质细胞或神经元中都没有SAPAP3相互作用组数据。内源性蛋白质的免疫共沉淀 (co-IP)无法判定它们是否在星形胶质细胞中结合。作者首先使用在体内纹状体星形胶质细胞中表达的重组蛋白进行co-IP。HA标记的SAPAP3与EZR GFP和GLT1–GFP共沉淀，相反，EZR–GFP和GLT1–GFP与HA–SAPAP3共沉淀。接下来又用邻近连接分析(PLA)来探索内源性蛋白质之间的关联。星形胶质细胞和神经元的SAPAP3相互作用突出了星形胶质细胞内与通过转运蛋白、G 蛋白信号传导、蛋白质定位和肌动蛋白细胞骨架调节谷氨酸相关的分子通路。蛋白质组学数据定义了共享的星形胶质细胞和神经元中假定的SAPAP3细胞特异性相互作用和分子机制。
图五 星形胶质细胞和神经元对小鼠强迫症表型的影响
作者在WT和SAPAP3 KO小鼠中重现了强迫症样行为。然后评估了相同的行为以确定星形胶质细胞或神经元中的SAPAP3拯救是否可以产生改善效果。SAPAP3 KO小鼠和其他强迫症模型的重复自我梳理会导致面部损伤。试验中测量了面部损伤的面积、损伤的数量、自我梳理的次数和自我梳理的总时间，作为重复行为的衡量标准。GFP-SAPAP3的星形胶质细胞表达以类似于GFP-SAPAP3 的神经元表达的方式显着改善所有这些参数。接下来，根据高架十字迷宫 (EPM) 测试和旷场测试中的测量了类似焦虑的行为。作者量化了在开放场地中心花费的时间、在中心的速度和在EPM的张开双臂中花费的时间。结果发现神经元拯救对焦虑样行为有显著影响。将SAPAP3特异性地重新引入到SAPAP3 KO小鼠的星形胶质细胞或神经元时，SAPAP3 KO小鼠不再强迫自己梳理毛发，星形胶质细胞和神经元对自我梳理和类似焦虑的行为表现出不同程度的挽救。
图六 SAPAP3缺失和恢复对神经元ΔFosB水平和SAPAP3相互作用的影响
接下来作者通过评估ΔFosB水平来评估体内神经元活动改变的指标，ΔFosB水平是慢性神经元活动增加的特征明确的标志物。星形胶质细胞和神经元SAPAP3拯救的行为改善效应起源于纹状体，且Δ FosB的激活可以被星形胶质细胞的SAPAP3拯救，而不是神经元。实验结果显示只在星形胶质细胞中回补SAPAP3蛋白并不能缓解小鼠的焦虑症状，这表明单独针对星形胶质细胞不是强迫症治疗的良好目标，需要同时针对星形胶质细胞和神经元的治疗策略。
综上，该发现揭示强迫症表型相关的星形胶质细胞和神经元机制。强迫症的特点是强迫性侵入性思维，表现为重复性行为和焦虑的强迫行为。通过研究小鼠的神经元和星形细胞所表达的蛋白，作者发现一种与强迫症和神经元中的重复行为有关的蛋白也存在于星形胶质细胞中。基于最近对抑郁症和退化的研究，表明星形胶质细胞和神经元SAPAP3机制与小鼠的OCD表型相关。蛋白质组学实验证明了SAPAP3如何通过独特的星形胶质细胞和神经元分子相互作用对OCD相关的行为表型产生影响，这种相互作用在星形胶质细胞内影响肌动蛋白细胞骨架。这与涉及多细胞分子功能障碍的大量脑部疾病相关，但其病因学仍有待了解和临床利用。这一发现表明，靶向星形胶质细胞和神经元的治疗策略可能有助于治疗强迫症和潜在的其他大脑疾病。
http://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37046092/
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