转运蛋白SVCT2依赖的维生素C稳态调控机制异常在抑郁症发病中的作用及药物干预研究

The precise mechanism underlay depression is poorly understood yet. Increased oxidative stress and reduced endogenous antioxidants may underlay the mechanism for depression. Vitamine c is an important endogenous anti-oxidant. Recently, the epigenetic role of vitamine c has been revealed. Vitamine c is essential for TET1-dependent DNA demethylatio, which may regulate the transcript level. We observed that in a chronic unpredictable mild stress (CUS)-induced depressive model, a decrease of vitamine c content was observed, and the SVCT2-dependent homeostasis of vitamine c was impaired. We also found vitamine c exhibited a good anti-depressant activity, which may act through maintaining TET1-dependent DNA demethylation of BDNF gene. Thus, the impairments of vitamine c homeostasis may be involved in the depressive behaviors. Here, we investigated the role of vitamine c and SVCT2 in the stress-induced depressive behaviors in combination of pharmacological approaches, behavior experiments, molecular biology, biochemical analytical chemistry and Electron Paramagnetic Resonance technology. We also screened for drugs that rebuild the vitamine c homeostasis. Our study may provide new mechanism and therapeutic approaches for depression .

抑郁症发病机制至今未能确切阐明。抑郁症发病中伴有氧化应激水平升高和体内抗氧化剂减少。维生素C是体内重要的抗氧化物，近年来还发现其具有独特的表观遗传学功能，可通过TET酶依赖的途径参与DNA的去甲基化过程并影响相关转录本水平。申请者发现：在CUS所致小鼠抑郁模型中，海马等脑区维生素C氧化降解增加，其转运蛋白SVCT2介导的稳态调控机制也发生异常。同时我们发现，维生素C具有良好的抗抑郁活性，其机制可能和DNA去甲基化酶TET1依赖的BDNF基因转录增加有关。因此，应激条件下维生素C稳态失衡可能是抑郁症发生的重要机制。本项目拟综合运用药理学、动物行为学、分子生物学、生物分析化学、电子自旋共振波谱等方法，探索维生素C及其转运体SVCT2功能障碍在抑郁发生中的作用及机制，筛选重建脑内维生素C稳态调控机制的药物并评估其抗抑郁效应，为阐明抑郁症的发生机制和开发新型的抗抑郁剂提供思路和技术支持。

本研究主要研究维生素C及其转运体SVCT2功能障碍在抑郁发生中的作用及机制，发现慢性应激引起小鼠前额皮层（mPFC）脑区中氧化应激水平显著升高，还原型维生素C（抗坏血酸）水平和还原型维生素C转运体SVCT2表达显著下降，而氧化型维生素C转运体GLUT1、GLUT3、GLUT4无明显变化, 这种mPFC区的维生素C稳态异常可能通过介导应激引起的DNA甲基化重编程、参与抑郁症发生。通过工具药根皮素抑制mPFC区SVCT2功能、模拟抗坏血酸水平下降后足以在小鼠上诱导出现抑郁样行为，向mPFC脑区置管注射维生素C能快速逆转CUMS引起的糖水偏好下降和悬尾不动时间增加等抑郁样行为。进一步发现高剂量维生素C腹腔注射（单次，100 mg/kg以上）显著增加mPFC区SVCT2表达、恢复mPFC区维生素C稳态，并在CUMS、CSDS、CRS三种抑郁模型中表现出明显的快速抗抑郁作用，而低剂量维生素C腹腔注射（单次，10 mg/kg）能降低小鼠游泳测试中的不动时间，而不能逆转CUMS等抑郁模型引起的糖水偏好率降低等行为，提示快速升高体内维生素C血药浓度具有快速起效抗抑郁剂样作用。慢病毒沉默mPFC区TET1、TET2阻断高剂量维生素C腹腔注射的快速抗抑郁作用，提示TET加氧酶是维生素C快速抗抑郁的主要作用靶点。神经营养因子BDNF及其受体TrkB介导的突触新生等神经营养效应在维生素C快速抗抑郁作用中发挥着重要作用。通过差异转录组测序、DNA甲基化分析等实验发现多个可能介导维生素C神经营养作用的关键靶点，其中钙结合蛋白S100A4可能扮演着决定性的作用。向mPFC区过表达S100a4具有显著的抗抑郁作用。维生素C可能通过减少应激导致的S100A4基因甲基化增加、增加S100A4表达，作用于其受体ErbB4、引起BDNF表达增加，发挥快速抗抑郁作用。综上所述，本研究发现了一种偶联应激和DNA表观修饰障碍的分子营养学机制，为阐明抑郁症的发生机制和开发基于维生素 C 稳态调节的新型抗抑郁剂提供新的思路。由于口服维生素C血药浓度受制于转运体的表达水平和肾脏的主动排泄速率，难以达到腹腔注射高浓度维生素C相当的血药浓度，开发新的能快速增加维生素C血药浓度的新剂型（如维生素C口腔微针贴片等）可能对抑郁症治疗具有重要价值。