高水平尿素在慢性肾病并发抑郁症病理过程中的作用机制研究

Chronic kidney disease (CKD) has high co-morbidity of depressive disorder in contrast to other chronic physical diseases, but its mechanism remains vague. On the basis of the urea accumulation appearing in CKD, and we previous demonstrated clues on the relationship between cerebral high-level urea and depressive disorder in mouse model. In this study, the pathophysiological role and regulative mechanism of urea (and cyanate, its hydrolysate) on neurons at medial prefrontal cortex as a breakthrough point. We would like to practice techniques in combination with molecular biology, immunology, and electrophysiology etc., on mouse models, such as adenine-induced CKD model, urea transporters knockout mouse and high cyanate model. We will also test it in vitro, such as on cultured neurons and acute brain slices. Together, we will demonstrate the regulative mechanism of high-level urea/cyanate on mTORC1-S6K pathway, the morphologic and functional effects on synapse, analysis the relationship between the pathophysiologic changes and the depression-like behavior in mouse model, and verify the rescue effect of continuous active point mutations p70 S6K adeno-associated virus by evidence from molecule to individual. Hence, by unveiling mechanism under high-level urea/cyanate causes CKD co-morbid depressive disorder, and provide new drug-targets and strategies of treatment to improve life quality of CKD patients.

慢性肾病（CKD）具有比其他慢性疾病更易并发抑郁症的特点，但原因不明。本课题组根据CKD患者具有高血尿素水平的临床特征，并在发现脑组织内高水平尿素与小鼠抑郁样行为的发生相关的前期工作基础上，拟以高水平尿素（及其水解产物氰酸盐）对内侧前额叶神经元的病理生理作用和分子机制为切入点，综合应用分子生物学技术、免疫学技术、电生理技术等，采用腺嘌呤诱导CKD小鼠模型、尿素通道蛋白敲除小鼠模型和高氰酸盐小鼠模型，以及体外尿素和氰酸盐负荷神经元/急性脑片模型，从分子、细胞、组织、整体动物水平通过探讨脑组织高尿素及氰酸盐水平对mTORC1-S6K信号通路的调控、对神经元突触结构与功能的影响，并分析上述病理变化与各种小鼠模型抑郁样行为的内在联系，进一步验证具有持续活性的点突变S6K腺相关病毒的逆转效果，最终阐明高水平尿素及氰酸盐在CKD并发抑郁症过程中的病理机制，为治疗CKD患者并发抑郁症提供新的药物靶点。

长期以来，蛋白质代谢最终产物尿素的毒性被人们忽略。我们之前的研究表明，尿素转运蛋白（UT）B基因敲除小鼠存在抑郁表型，这表明尿素代谢异常可能导致抑郁。本研究的目的是通过临床数据和动物模型确定尿素在大脑中的积累是否是导致抑郁症的关键因素。首先采用Meta分析确定抑郁症与慢性肾病之间的关系。其次，比较CKD患者伴发抑郁、CKD患者无抑郁和健康对照组的功能磁共振成像（fMRI）脑扫描结果和常见生化指标。最后，通过构建CKD小鼠、UT-B敲除小鼠、氰酸盐喂养小鼠进行抑郁和焦虑的行为测试、电生理学和分子生物学检测，探讨高水平尿素对模型小鼠内侧前额叶结构、功能的影响和作用机制。Meta分析结果发现，CKD患者与抑郁症之间的相关性比慢性心衰和COPD更为显著，提示CKD患者存在独特的生物学因素诱导抑郁发生。在CKD小鼠模型和患者队列研究中证实，抑郁症是通过损害内侧前额叶皮质诱发的。扩大的队列研究表明尿素是导致抑郁症发生的重要因素。在CKD小鼠、UT-B敲除小鼠、氰酸盐喂养小鼠中，尿素可诱发抑郁样行为，中断长时程增强（LTP），并导致内侧前额叶突触新蛋白合成障碍，原因在于高水平尿素对mTORC1-S6K通路的抑制。最后，我们发现尿素水解物氰酸盐是导致这一病理生理过程的关键因素。以上结果表明，不同于心理社会压力，尿素在大脑中的积累是导致抑郁发生的独立因素，其机制在于尿素或氰酸盐氨甲酰化mTOR抑制mTORC1-S6K依赖性突触新蛋白合成，诱导mPFC突触可塑性损伤和小鼠抑郁样行为的发生。本研究结果提示，CKD患者可能只有通过严格管理血尿素水平才能减少抑郁的发生。