基于线粒体自噬调控NLRP3炎症小体活性探讨氯胺酮抗抑郁作用机制

Ketamine is an important tool of exploring the therapeutic target of treatment-resistant depression (TRD) because of rapidly antidepressant effect on TRD. The mechanism of antidepressant effect of ketamine is related with activating autophagy, anti-inflammatory and nerve plasticity. Our previous studies have found that patients with TRD have more severe inflammatory activation and neuronal plasticity damage. Therefore, anti-inflammatory and enhancing neural plasticity are probably ways of antidepressants effect of ketamine for TRD patients. what are the ways of ketamine to regulate anti-inflammatory and neural plasticity? Nucleotide-binding，leucine-rich repeat pyrin domain containing protein 3(NLRP3) was recently found to be one of the most important inflammasomes for central inflammation, which is related with treatment-resistant of many disease and regulated by mitophagy. Therefore, we hypothesize that the antidepressant effect of ketamine is through activating mitophagy, inhibiting the NLRP3 inflammasome, and blocking the excessive inflammatory response, then enhancing neuronal plasticity. In order to demonstrate our hypothesis, we plan to use molecular / cellular biology and other experimental techniques, combined with microglial cells in vitro and animal model of depression, expect demonstration our. As the result, our study will help to provide theoretical basis and clues to find a new target for TRD therapy.

氯胺酮因快速改善难治性抑郁症的独特优势，成为探索难治性抑郁症治疗新靶点的工具药。氯胺酮的抗抑郁机制可能与激活自噬、抗炎和促神经可塑性有关。本课题组前期研究发现难治性抑郁症患者存在更严重的炎症和神经可塑性损害。因此，抗炎和促神经可塑性可能是氯胺酮治疗难治性抑郁症的关键。那么，氯胺酮通过哪些环节调控抗炎和促神经可塑性？核苷酸结合寡聚化结构域样受体（Nucleotide-binding,leucine-rich repeat pyrin domain containing protein,NLRP）3是近年发现对中枢炎症至关重要的炎症小体，受线粒体自噬调控，与多种疾病治疗抵抗相关。本项目假设氯胺酮通过激活线粒体自噬，抑制NLRP3活性，抑制炎症，促神经可塑性，从而起到抗抑郁作用；并拟采用分子/细胞生物学技术，结合小胶质细胞培养和抑郁大鼠模型研究予以验证。为寻找难治性抑郁症治疗新靶点提供科学依据。

背景：抑郁症是一种常见的精神疾病，会造成严重的功能损害。目前抑郁症的药物治疗效果不佳。亚麻醉剂量的氯胺酮在近年来被发现可以明显改善抑郁症状，但机制尚不清楚。由于神经精神系统疾病中，大脑组织的炎症、自噬和神经可塑性存在异常，并且自噬可以引起NLRP3炎症小体减少而改善神经可塑性。且既往研究中氯胺酮的作用机制可能与激活自噬、抗炎和促神经可塑性有关。本项目通过动物实验和细胞实验探究氯胺酮是否通过激活自噬而减少炎症小体的产生，改善神经可塑性，从而逆转抑郁样症状。.方法：建立大鼠（N = 40）慢性束缚应激模型，以28天后的行为学实验指标，包括糖水偏好实验，旷场实验，悬尾实验以评价基线、造模后和治疗后的抑郁样症状，并使用亚麻醉剂量氯胺酮10mg/kg或合并0.1mg/kg巴氟霉素治疗动物，收获大鼠的前额叶和海马组织。使用脂多糖建立小胶质细胞的炎症应激模型。通过免疫印迹法检测自噬相关蛋白（LC3B、p62）、炎症小体相关蛋白（NLRP3、ASC、caspase 1、IL-1β）的活性和神经可塑性指标（BDNF、synaptophysin）在氯胺酮对动物模型抗抑郁机制中的作用。观察NLRP3、LC3、IBa1相关分子的免疫荧光。使用透射电子显微镜用于自噬体的检测。免疫组织化学法用于巢蛋白展示。.结果：亚麻醉剂量氯胺酮可迅速缓解慢性束缚应激大鼠的抑郁样症状。LC3B水平升高和p62蛋白水平降低表明前额叶和海马中的自噬活性增加。在离体实验中，氯胺酮相比脂多糖模型组显著提高小胶质细胞的LC3B水平，降低p62水平，且LC3B蛋白在小胶质细胞中与NLRP3蛋白共定位。透射电镜发现氯胺酮诱导的自噬体增加存在于前额叶和海马，且在小胶质细胞中验证。前额叶和海马可观察到NLRP3炎性小体免疫荧光与小胶质细胞共定位，并且NLRP3蛋白在氯胺酮治疗组中显著减弱。在氯胺酮治疗组中检测到神经可塑性水平的升高。氯胺酮组的作用可被自噬抑制剂可以显著抑制。.结论：亚麻醉剂量的氯胺酮的快速抗抑郁作用可能与自噬激活导致的NLRP3炎性小体抑制和神经可塑性改善有关。