本期向大家介紹一篇最近在Mol Psychiatry發表的一篇關于鑒定Neurensin-2為一種新的情感行為調節因子的文章，文章題目：‘Identification of Neurensin-2 as a novel modulator of emotional behavior’，DOI：10.1038/s41380-021-01058-5，影響因子：12.384，通訊作者：Yotam Sagi，ysagi@rockefeller.edu（Laboratory for Molecular and Cellular Neuroscience, The Rockefeller University）。

一、背景介紹

大腦中的海馬體被認為是處理記憶和情感的關鍵腦區。海馬體中的cholecystokinin-expressing（CCK）細胞和parvalbumin-expressing（PV）細胞均屬于gama-氨基丁酸能（GABAergic）中間神經細胞，對抑郁癥行為起調控作用。SMARCA3蛋白是一種染色質重塑因子（chromatin-remodeler factor），具有DNA分子修復和基因轉錄調節等功能，但科學家仍然不清楚受SMARCA3調控的具體有哪些基因以及其在情感行為中發揮的生物學功能。Neurensin-2是一種神經細胞特異性表達的囊泡蛋白，與胞內蛋白運輸相關。本研究通過基因敲除和過表達，qPCR，小鼠行為實驗，生物信息學，細胞電生理，Co-IP等實驗技術，發現：SMARCA3可以抑制Neurensin-2的表達；Neurensin-2表達水平下降伴隨著小鼠抗壓能力增強，反之則伴隨著抑郁癥行為的增加。

二、結果展示

1. 敲除CCK細胞中的SMARCA3導致了情感行為的缺陷

作者為了研究SMARCA3在在海馬體中起到的作用，首先用核糖體親和純化(TRAP)技術，分析其在多種海馬體細胞中的表達水平，結果顯示SMARCA3在CCK和PV中間神經元（均為海馬體中的神經細胞）中有較高的表達水平。

接著作者為了探討SMARCA3對情感行為的影響，分別敲除小鼠CCK和PV中間神經元中SMARCA3的編碼基因（Hltf），然后用基因敲除小鼠（cKO-CCK或cKO-PV小鼠）做抑郁相關的行為學實驗，結果顯示只有cKO-CCK小鼠有明顯的抑郁癥行為（圖1a-d），說明只有CCK細胞中的SMARCA3起到抗抑郁行為的作用。另外還在cKO-CCK小鼠中發現了焦慮行為。

圖1a-b

2. SMARCA3調節CCK細胞上AMPAR（一種興奮性神經遞質受體）介導的電信號

作者運用TRAP，RNA-seq，pathway analysis和電生理等研究技術，發現SMARCA3是通過調節胞吞過程來調控CCK神經細胞AMPAR電信號的（圖1e-i）。在cKO-CCK小鼠中，CCK細胞上由AMPAR介導的的微小突觸后膜電流被觀察到明顯的電流頻率和幅度的下降（圖1j-l）。

圖1e-i

圖1j-l

3. SMARCA3抑制Neurensin-2的表達水平

在此研究的所有被測基因中，編碼Neurensin-2的基因Nrsn2是受到SMARCA3調控最明顯的基因（圖2a，b）。從qPCR實驗結果看出cKO-CCK小鼠中的Nrsn2轉錄水平上調，說明SMARCA3抑制Nrsn2的轉錄（圖2c）。

另外作者對比了幾種海馬體細胞內Nrsn2的轉錄水平，結果顯示Nrsn2在CCK和PV細胞中的轉錄水平明顯高于其它細胞（圖2d），并且免疫組化結果也展示了Neurensin-2在這兩種細胞中的特異性表達（圖2e，f）。蛋白印記實驗表明Neurensin-2蛋白水平在cKO-CCK小鼠中上調（圖2g）。

圖2

4. 慢性壓力抑制了SMARCA3表達從而使Nerrensin-2表達水平上升

作者通過對小鼠施加慢性社會壓力（chronic social defeat stress paradigm），研究了慢性壓力對SMARCA3-Neurensin-2-AMPAR通道的影響。蛋白印記結果顯示壓力敏感型（stress-sensitive）小鼠的SMARCA3表達水平下降（圖3b），而Neurensin-2表達水平上升（圖3c），此結果支持了在抑郁癥（壓力誘導）個體中，SMARCA3-Neurensin-2-AMPAR通道被抑制的觀點。此外，壓力敏感型小鼠與上述cKO-CCK小鼠的電生理結果相符（圖3d-f，圖1j-l）。

另外，從ATAC-seq實驗結果看出，Nrsn2基因的染色質開放性在cKO-CCK和對照組小鼠中沒有明顯差異，說明SMARCA3對Neurensin-2的抑制表達作用是間接性的，而非直接調控Nrsn2基因轉錄（圖3g-j）。

圖3

5. Neurensin-2水平調節抑郁癥行為

為了研究Neurensin-2水平與抑郁癥行為的關系，作者過表達或敲除小鼠海馬齒狀回區域CCK細胞的Nrsn2基因（圖4a，b，i），然后采取多種行為學實驗測試小鼠的抑郁或焦慮癥行為，結果顯示阻斷Neurensin-2表達可以增強小鼠對慢性壓力的抵抗力，而增加其表達量會導致抑郁癥行為（圖4a-n）。

圖4

6. Neurensin-2通過結合突觸后膜蛋白來調節AMPAR介導的電信號

作者利用免疫共沉淀（Co-IP）和GO功能注釋分析，確定Neurensin-2與胞吞性囊泡結合然后作用于突觸后膜蛋白（圖5a，b）。Co-IP結果顯示與Neurensin-2相結合的突觸后膜蛋白主要有Clathrin HC，VPS37b，Homer3和Arpc1b（圖5c）?；罴毎上窠Y果顯示了Neurensin-2與胞吞性囊泡蛋白的共定位（圖5d，e），說明Neurensin-2在突觸后膜蛋白的胞吞過程中起作用。

另外，蛋白印跡結果顯示Neurensin-2 KO小鼠中的AMPA受體亞基和Homer1（一種調節AMPA受體胞吞過程的蛋白）的表達量相對于對照組明顯增加（圖5f-h），說明Neurensin-2參與AMPA受體數量的動態調控（與神經可塑性有關）。

最后，作者通過電生理實驗證明過表達Neurensin-2使海馬體齒狀回區域CCK細胞上的電流幅度增加（圖5i-k），敲除Neurensin-2使小腦浦肯野細胞（一種電傳導性較強的神經細胞）電流幅度和頻率均降低（圖5l-n）。

圖5

研究意義與前景

1.此研究發現了一種可以調控抑郁癥行為的新型細胞特異性分子——Neurensin-2，為開發新的抗抑郁藥物提供了新的潛在靶點。

2.根據研究結果推斷Neurensin-2有可能是通過對海馬體CCK神經細胞上AMPA受體數量的動態調控，從而影響神經細胞可塑性與動物情感相關的行為。

3.研究中涉及到的GABAergic中間神經細胞在多種神經疾病中發揮著關鍵作用，如自閉癥，精神分裂癥，癲癇，記憶損傷等。