【原】漏钠离子通道在抑郁发生过程中的调节机制

四川大学华西医院麻醉手术中心朱涛教授/周诚研究员团队在Brain Behavior and Immunity上发表论文“Loss of sodium leak channel (NALCN) in the ventral dentate gyrus impairs neuronal activity of the glutamatergic neurons for inflammation-induced depression in male mice”。该研究发现腹侧齿状回漏钠离子通道(NALCN)的缺失会损害谷氨酸能神经元的神经元活动，从而导致雄性小鼠炎症诱导的抑郁发生。揭示了NALCN在调控抑郁发生过程中的重要生物学机制。

海马齿状回 (DG) 与抑郁症的病理生理学密切相关。许多研究揭示了参与抑郁症发展的DG的细胞类型、神经回路和形态学变化。然而，调节其在抑郁症中的内在活性的分子是未知的。漏钠离子通道(NALCN)对调节神经元兴奋性非常重要。NALCN的功能异常会导致诸如精神运动发育迟缓（IHPRF），肌张力减退和发育迟缓（CLIFAHDD），婴儿神经轴索营养不良（INAD），精神分裂症和双相情感障碍等众多神经相关疾病。近年来，有多项研究报道NALCN在运动功能、疼痛敏感性和昼夜节律等许多其他基本的生理过程中也同样发挥重要作用。作者利用脂多糖 (LPS)诱导的抑郁模式研究了NALCN在炎症诱导的雄性小鼠抑郁样行为中的作用。在本文中作者采用免疫组织化学和实时聚合酶链反应检测NALCN的表达，对DG进行腺相关病毒或慢病毒的显微注射并进行行为测试，最后通过全细胞膜片钳技术记录神经元兴奋性和NALCN变化。NALCN驱动腹侧DG谷氨酸能神经元的神经元活动，从而调节抑郁样行为和对抑郁症的易感性。该研究揭示腹侧DG中谷氨酸能神经元的NALCN可能是快速抗抑郁药物的分子靶点。

图1 在LPS诱导的抑郁模型中dDG和vDG中NALCN的表达降低

作者首先连续7天在雄性小鼠腹腔注射LPS建立慢性炎性抑郁模型。然后进行行为学测试，结果发现在旷场试验中的中心次数减少，在高架十字迷宫开放臂时间缩短以及悬尾和强迫游泳试验中不动时间增加表明小鼠出现抑郁行为。而注射LPS小鼠背侧DG（dDG）和腹侧DG（vDG）的NALCN离子通道表达均显著降低，提示DG区的NALCN表达下降可能与炎性诱导的抑郁相关。

图2 vDG中的NALCN敲低诱导抑郁样行为

为了探究NALCN与抑郁样行为的关系，作者接下来通过病毒注射的方式降低dDG或vDG中NALCN的表达，病毒注射后发现dDG中的NALCN mRNA水平显著降低，但vDG中没有明显变化。在dDG中敲低NALCN对小鼠的运动能力没有影响。与对照小鼠相比，在dDG中敲低NALCN后，小鼠没有诱发抑郁样行为。将病毒双侧注射到vDG后三周，仅在vDG中检测到EGFP荧光，并且NALCN mRNA水平在vDG中明显降低，但在dDG中没有变化。行为学测试发现NALCN敲低的小鼠观察到明显的抑郁样行为，这些发现表明，vDG中NALCN的表达可能介导LPS诱导的抑郁症的行为变化。

图3 敲除vDG谷氨酸能神经元NALCN诱发小鼠抑郁样行为

为了探究发挥作用的神经元类型，作者分别敲除vDG区GABA能神经元和谷氨酸能神经元上的NALCN，结果发现敲除GABA神经元上的NALCN后小鼠没有出现抑郁相关行为，仅敲除谷氨酸能神经元上的NALCN后小鼠出现了抑郁相关行为，该结果表明vDG区的NALCN主要通过谷氨酸能神经元参与了雄性小鼠抑郁相关行为的调控。

图4 NALCN调节vDG谷氨酸能神经元的神经元兴奋性

为了探究NALCN如何调节vDG谷氨酸能神经元的活动，病毒注射三周后进行vDG和全细胞膜片钳记录，与对照组小鼠相比，CaMKII-miRNAi-NALCN 小鼠的DG神经元中的电流显著降低，vDG谷氨酸能神经元中NALCN的敲低表达明显降低了动作电位频率。以上结果表明，NALCN表达功能的降低可以降低神经元兴奋性及其vDG谷氨酸能神经元放电频率，从而可能降低vDG的兴奋性输出。

图5 在LPS诱导的炎症后vDG谷氨酸能神经元的神经元兴奋性降低

作者利用脑片膜片钳电生理记录在炎症水平下神经元活动变化，分别记录了炎性诱导的抑郁小鼠和正常小鼠vDG谷氨酸能神经元的兴奋性以及NALCN通道的电流，结果发现抑郁小鼠vDG谷氨酸能神经元的兴奋性下降，静息膜电位超极化以及基电流增加，同时记录到的NALCN介导的电流减小。该结果表明NALCN离子通道能够在炎性抑郁中调控vDG谷氨酸能神经元的兴奋性。

图6 vDG神经元中NALCN的过表达降低了对炎症抑郁样行为的易感性

所有上述结果都表明减少的NALCN参与了LPS诱导的抑郁样行为。作者将vDG神经元中NALCN过表达检测对LPS诱导的抑郁行为的影响。病毒注射5天后在vDG中检测到荧光且vDG中NALCN的mRNA水平显著升高。行为测试结果表明，vDG中NALCN的过度表达对对照组几乎没有影响，这表明vDG 中升高的NALCN不会在正常小鼠中产生过度兴奋。NALCN的过表达对盐水组小鼠或 LPS 组小鼠的运动功能没有影响。但对于LPS小鼠，vDG 中NALCN的过表达显著降低了LPS 诱导的抑郁样行为。

图7 过表达vDG谷氨酸能神经元NALCN行为学及电生理改变

接下来作者利用vglut2-cre-tdTomato转基因雄性小鼠，在vDG注射病毒来特异性实现在vDG谷氨酸能神经元过表达NALCN。行为学测试结果发现，vDG谷氨酸能神经元过表达NALCN离子通道可减轻LPS引起的抑郁行为，电生理结果也证实了过表达vDG谷氨酸能神经元的NALCN可提高炎性抑郁小鼠vDG谷氨酸能神经元降低的神经元兴奋性。以上结果表明NALCN离子通道通过调控vDG谷氨酸能神经元的兴奋性参与雄性小鼠抑郁相关行为。

图8 物质P以NALCN依赖性方式快速逆转LPS处理诱导的抑郁样行为

作为 非选择性的的NALCN激活剂，SP可通过提高vDG中NALCN的功能来产生抗抑郁作用。为了检验这一假设，作者将SP注射到vDG中探究是否缓解LPS诱导的抑郁行为。vDG注射生理盐水没有产生任何治疗效果，行为学测试结果表明注射SP的vDG迅速缓解了LPS小鼠的抑郁症状。为了进一步研究NALCN在SP的抗抑郁作用中的作用，NALCN在vDG谷氨酸能神经元中被预先敲除。结果，所有小鼠之间的运动功能没有差异。然而，在vDG谷氨酸能神经元中NALCN敲低后，SP的抗抑郁作用显著减弱。所有结果表明，SP的vDG注射可以在LPS诱导的抑郁模型中发挥快速抗抑郁作用，该效应需要NALCN作为神经底物。

综上所述，该研究揭示了NALCN离子通道调控腹侧DG谷氨酸能神经元兴奋性参与抑郁发生和治疗的机制。vDG谷氨酸能神经元中的NALCN是雄性小鼠炎症诱导的抑郁样行为的关键调节因子，为DG在炎症诱导的抑郁症的病理学和治疗中的新型离子通道机制奠定了基础。

文章来源

DOI：10.1016/j.bbi.2023.02.013；http://pubmed.ncbi.nlm./36796706