胞外基质和神经干细胞参与抑郁症发生的作用机制

杨 亮，周 艳，杨清湖，姜 鸣，雒雪婷，刘 霞，白占涛

（延安大学 陕西省区域生物资源保育与利用工程技术研究中心，陕西 延安 716000）

抑郁症是一种全球常见病，世界上大约有2.8亿人患有抑郁症，并且有65%的抑郁症患者会反复发作［1］，在新冠疫情期间，抑郁症的发病率上升，在新冠肺炎患者中有31%的人患有抑郁症［2］。到2030 年，被称为“第一心理杀手”的抑郁症将成为全球最主要的公共健康问题［3］。在抑郁模型小鼠中，胞外基质（extracellular matrix，ECM）组分硫酸软骨素蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG）的表达增加［4］，Reelin［5］、层粘连蛋白（Laminin，LN）［6］和基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP-9）［7］表达减少。另外，已有研究表明，抑郁症会导致海马神经发生［8］和NSCs增殖减少［9］。

本文主要围绕ECM 和NSCs 对抑郁症的影响以及ECM 调控NSCs 的迁移和增殖进行总结，并对ECM 可能通过促进NSCs 增殖改善抑郁样行为做出展望。

1 神经干细胞增殖改善抑郁样行为

在成人大脑中，侧脑室的脑室下区（subventricular area of lateral ventricle，SVZ）和海马齿状回的颗粒下区（subgranular proliferative zone，SGZ）富含NSCs。NSCs增殖并向功能区域迁移，再分化成新的神经元的过程称为神经发生［10］。抑郁症与神经发生的减少有关［11］。综述重点从突触信号传递、氧化应激反应和炎症反应等方面阐述NSCs 在抑郁症发病中的作用。

1.1 增强突触传递改善抑郁

NSCs 通过调控突触传递和γ-氨基丁酸能（GABAergic，GABA）神经元的功能来改善抑郁症。G 蛋白偶联受体是最大的膜蛋白受体家族，可被多种细胞外配体激活。它参与增殖、分化以及各种生理病理过程中的信号传递［12］。抑制蛋白β2（β-arrestin2，Arrb2）被募集到G 蛋白偶联受体并触发受体脱敏［13］，导致细胞增殖。研究发现，Arrb2 的缺失使小鼠海马的树突长度缩短，树突棘密度减少。氟西汀通过Arrb2 介导磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）通路促进了Arrb2 缺陷型成体神经干细胞的增殖［14］，增强树突生长，提高突触传递改善抑郁样行为［15］。提示，Arrb2 通过PI3K/AKT 通路促进NSCs 增殖，影响新生神经元树突状细胞的形态和成熟。

WARD 等［16］发现在胎儿酒精谱系障碍患者中有很高抑郁共病率。该抑郁模型导致GABA能神经元的小清蛋白（parvalbumin positive，PV）阳性表型减少，前扣带皮层、杏仁核和海马的突触后致密蛋白95（postsynaptic density protein，PSD95）水平降低。舍曲林和用端胶原处理过的NSCs 逆转了PV 阳性细胞和PSD95 水平的下降，减少了抑郁样行为［17］。提示，通过对NSCs 进行药物联合处理可以恢复抑制性神经元的功能和数量，并在抑郁症的治疗中发挥潜力。

1.2 恢复线粒体氧化应激能力改善抑郁

线粒体已被证明是神经发生的关键调节因子。SIRT3 是一种促进氧化代谢的线粒体去乙酰化酶，调节活性氧的产生。SANTOS 等［18］报道SIRT3 过表达恢复线粒体氧化应激能力，从而恢复微管关联蛋白2的表达水平，并逆转NSCs的减少。值得注意的是，SIRT3 还被证明可以与NSCs 中的长链酰基辅酶A脱氢酶发生相互作用，激活它来促进神经发生［18］。因此，NSCs 参与线粒体氧化应激，调节微管蛋白的组成达到抗抑郁效果。

1.3 参与抗炎作用进而改善抑郁

临床研究发现，重度抑郁症患者大脑样本中检测到炎症因子水平升高［19］。此外，神经免疫学观点也表明，神经炎症可导致抑郁症［20-21］。慢性不可预知应激会诱导大鼠的抑郁样行为，并减少海马神经发生［22］。研究发现该抑郁模型大鼠上调神经炎症因子如白细胞介素-1β（interleukin-1，IL-1β）和白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的表达。天麻活性成分天麻素具有抗抑郁活性，可以促进大鼠海马NSCs 的增殖，抑制核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号通路改善抑郁样行为［23］。在脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞中，红景天通过抑制炎症因子的产生促进NSCs 的增殖改善抑郁。该机制具体通过NF-κB 信号通路降低IL-6、IL-1β 和α 肿瘤坏死因子的水平［24］，促使Janus激酶2和信号传导转录激活因子3 的下调［25］。而JAK2/STAT3 通路可以调控NSCs 的增殖，改善抑郁样行为。以上研究提示，通过保护NSCs 免受促炎细胞因子的影响改善抑郁样行为［23，26］。

2 胞外基质促进神经干细胞增殖

ECM 是由细胞合成并分泌到胞外，并分布在细胞表面或细胞之间的大分子构成结构精细而错综复杂的网络。作为细胞外间隙的重要组成部分，ECM与精神疾病相关，尤其是抑郁症［27］。ECM 骨架的主要成分是纤维形成蛋白，如胶原蛋白、弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、糖蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖，还包括细胞表面受体、细胞因子和生长因子。糖蛋白主要包括肌腱蛋白，它有4个家族成员：Tenascin-C（TNC）、Tenascin-R（TNR）、Tenascin-W（TNW）和Tenascin-Z（TNZ）。ECM 的结构和功能影响生物功能多样性，包括神经再生、迁移、分化与网络整合。ECM 直接与细胞表面受体相互作用，并触发细胞内信号转导；ECM 与生长因子结合控制NSCs 的分化、黏附和迁移；ECM 还可以通过多种细胞内途径促进神经发生。

2.1 整合素促进神经干细胞的增殖

整合素作为细胞黏附受体可与ECM 直接相互作用，触发细胞内信号转导通路。ECM的糖蛋白LN与整合素结合促进磷脂酰肌醇3-激酶p85和黏着斑激酶的磷酸化。同时，GATA结合蛋白4上调促进了胚胎干细胞增殖［28］。TNR的表皮生长因子样结构域和纤连蛋白Ш 型结构域通过与β1 整合素结合促进小鼠NSCs增殖［29］。提示，ECM的糖蛋白与整合素结合，触发细胞内信号转导促进NSCs增殖。

2.2 生长因子促进神经干细胞的增殖

ECM 与生长因子结合控制NSCs 的分化、黏附和迁移。KARUMABAIAH 等［30］报道，与未透明质酸水凝胶相比，在加入成纤维细胞生长因子2、神经营养因子的硫酸软骨素糖胺聚糖（CS-GAGs）水凝胶中培养的NSCs 具有更高的自我更新能力。另外，星形胶质细胞在调节NSCs 增殖和分化中起着重要作用［31］。研究报道，与成年大鼠星形胶质细胞相比，新生鼠星形胶质细胞显著促进NSCs 增殖。此外，他们使用质谱法检测出TNC 在新生鼠组中表达更高。进一步的研究表明TNC 与表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）结合，通过PI3K/AKT 途径促进NSCs 增殖［32］。另一项研究表明，TNC 增加NSCs 对成纤维细胞生长因子2 的敏感性，干扰EGFR 与骨形成蛋白4（bone morphogenetic protein 4，BMP4）结合，抑制BMP4 信号通路，导致海马NSCs退出静止状态，产生的神经元数量增加［33-34］。提示，ECM 的糖蛋白和蛋白聚糖与生长因子结合调控NSCs的增殖。

2.3 通过多种细胞内途径促进神经干细胞增殖

ECM 通过多种细胞内途径，包括丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinases，MAPK）、趋化因子（stromal cell derived factor-1，SDF-1α）、自然杀伤细胞表位1（human natural killer-1，HNK-1）等参与NSCs 的增殖。TNR 敲除小鼠中缺乏TNR 引起海马齿状回颗粒细胞数量和GABA能神经元数量增加，尤其是PV中间神经元，导致兴奋性和抑制性神经元传递的不平衡［35］，此过程进一步激活p38 MAPK通路，抑制NSCs 的增殖。TNC 上的HNK-1 通过调节EGFR 的表达水平参与NSCs 增殖［36］。SDF-1α 在介导干细胞对损伤和疾病的反应中起关键作用，可将神经祖细胞（neural progenitor cells，NPCs）和NSCs调动到神经损伤部位。ADDINGTON 等［37-38］报道了一种透明质酸-层粘连蛋白的水凝胶，它增加了SDF-1α 受体CXCR4 的表达，促进NPSC（神经祖细胞和神经干细胞）向损伤部位迁移。以上研究表明，ECM 的糖蛋白通过蛋白激酶、细胞因子和免疫细胞将细胞信号传导到细胞内，调控NSCs 的迁移和增殖，为受损的神经网络修复提供了基础。

3 胞外基质组分改善抑郁

ECM 可以与细胞表面受体结合，参与神经传递改善抑郁样行为［39］。在一项临床试验中，重度抑郁障碍患者血浆中Reelin 水平下降，在用药治疗后上升［40］。Reelin 是大脑皮层和海马中GABA 能神经元分泌的一种细胞外基质糖蛋白［41］。它广泛参与突触传递、神经发育和细胞信号传导。Reelin 通过激活载脂蛋白E受体2调节N-甲基-D-天冬氨酸受体亚单位（NR2A 和NR2B）的组成，并控制NMDAR 从NR2B到NR2A的发育转换，改变突触相关蛋白的表达，如突触素和PSD95，调节海马的突触可塑性［42］，以缓解抑郁症。研究报道，敲低前扣带皮层（anterior cingulate cortex，ACC）中层粘连蛋白β1（Laminin β1，LAMB1）会加剧小鼠产生疼痛，引发焦虑和抑郁样行为。进一步的机制研究表明，神经损伤后ACC 脑区中LAMB1 缺失Ras 同族体基因家族成员A（Ras homolog gene family member A，RhoA）/Rho 激酶（Rhoassociated kinase，ROCK）/LIM motif 蛋白激酶（LIM motif protein kinase，LIMK）信号级联激活，从而导致丝切蛋白水平异常下降、肌动蛋白结构重排、突触前递质释放增加和突触后脊柱重塑异常，进而调节锥体神经元的结构和功能可塑性，最终引起疼痛反应和焦虑抑郁样行为［6］。以上研究表明，ECM 的糖蛋白通过激活细胞表面受体调节突触可塑性改善抑郁样行为。

抗抑郁药的功效与某些大脑区域兴奋性神经传递的增加有关，这表明兴奋性/抑制性（excitatory/inhibitory，E/I）平衡的恢复会改善抑郁样行为［43］。ALLEN 等［44］报道，静脉注射Reelin 可以有效缓解皮质酮诱导的抑郁模型中大鼠强迫游泳实验不动时间增加，齿状回颗粒下区Reelin阳性细胞减少，海马谷氨酸能和GABA能神经元传递失调。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）在神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中表达，具有切割细胞外基质成分的功能，其异常表达与抑郁症有关［7］。ALAIYED 等［45］报道，血清素/去甲肾上腺素再摄取抑制剂Venlafaxine 增加MMP-9 的表达。MMP-9 降低了海马神经元周围网络（perineuronal nets，PNNs）的完整性，减少GABA能神经元的释放，增加了锥体细胞（pyramidal cell，PC）活性，从而调控E/I 平衡，改善了抑郁样行为。DONATO等［46］使用社交失败诱导持续压力来诱导大鼠的抑郁样行为，该抑郁模型动物海马CSPG 表达增加，进一步发现表达PV 中间神经元的PNNs数量也增加，而抑制性突触后电流频率降低［18］。通过颅内给药硫酸软骨素酶（chondroitinase ABC，ChABC）分解海马脑区的ECM，恢复了PNNs的数量、长时程增强和在物体位置识别测试中的记忆表现。提示ECM 的糖蛋白和基质金属蛋白酶参与兴奋性或抑制性神经元的传递，调控E/I 平衡来改善抑郁样行为。

4 结论和展望

综上所述，抑郁症患者与抑郁模型动物的谷氨酸能神经传递、海马神经发生和突触传递受损；树突缩短、密度减少；促炎因子增多；NSCs 和NPCs 增殖减少。综述介绍了ECM 可以直接参与神经传递，增强突触可塑性改善抑郁样行为，也可以与膜受体、生长因子结合，通过多种细胞内途径介导调控NSCs 的增殖。NSCs 参与突触传递、氧化应激反应以及炎症反应等途径缓解抑郁症。我们预测ECM促进NSCs的增殖进而改善抑郁。

ECM 的组分如糖蛋白和蛋白聚糖，与整合素或生长因子结合，并触发细胞内信号通路促进NSCs的增殖；ECM 的糖蛋白也通过蛋白激酶、细胞因子和免疫细胞将细胞信号传导到细胞内，调节NSCs的迁移和增殖，为受损神经网络的修复提供基础。NSCs 的增殖影响新生神经元树突状细胞的形态和成熟，促进突触可塑性改善抑郁；参与线粒体代谢，调节微管蛋白的组成达到抗抑郁效果；抑制促炎细胞因子改善抑郁样行为。

鉴于ECM 结构复杂及功能蛋白多样，其内部的调控机制需要进一步明确，未来还需深入研究不同ECM 组分影响NSCs 增殖的方式，进而调控抑郁病理的具体分子机制，为今后抑郁症的靶向药物开发提供理论和实验基础。