抑郁症和痴呆症分别是年轻人和老年人最常见的两种脑部疾病。值得一提的是，这两种疾病有许多相似的病理特征，包括神经发生减少、细胞凋亡增加和活性氧增加，而且它们都伴有慢性神经炎症。虽然多项临床研究表明，抑郁症与阿尔茨海默病（AD）的发病呈正相关，但抑郁症促进阿尔茨海默病的细胞和分子机制仍不清楚。
钙稳态调节蛋白（CALHM）是一种电压门控钙离子通道，也是主要的ATP释放通道。近期的研究表明，CALHM家族蛋白在维持哺乳动物的生理功能方面发挥着重要作用，而其功能缺陷会导致神经系统疾病，包括阿尔茨海默病和抑郁症。之前的研究发现，Calhm2蛋白的水平在AD小鼠模型中显著升高；星形胶质细胞中Calhm2的缺失会诱发小鼠抑郁样行为。这些结果提示，CALHM家族蛋白在抑郁症和阿尔茨海默病的发病过程中起着关键作用。
近日，军事医学研究院袁增强课题组在神经科学领域顶刊《Alzheimers & Dementia》杂志上发表论文，表明CALHM2 V136G突变通过破坏星形胶质细胞的ATP释放而参与了抑郁症和阿尔茨海默病的发生，为抑郁症和痴呆相关疾病的治疗提出了一种潜在的策略。
研究材料与方法
这项研究招募了932例AD患者和1350例匹配对照，并开展了基因分型分析。为了研究CALHM2的功能，研究人员委托赛业生物构建了Calhm2 V136G基因敲入小鼠，并检测小鼠大脑组织的ATP释放和海马体的神经可塑性。之后，他们还开展了一系列小鼠行为学实验，包括强迫游泳实验、悬尾实验、糖水偏好实验、莫里斯水迷宫实验和新物体识别实验等。
技术路线
01
通过基因分型分析发现CALHM2中的SNP rs232660与AD显著相关
02
Calhm2 V136G突变破坏ATP释放通道，导致大脑中星形胶质细胞的ATP释放减少
03
Calhm2 V136G小鼠的神经元功能受损，出现类似抑郁的行为，而补充ATP可挽救突变小鼠的抑郁行为表型
04
Calhm2 V136G小鼠在年老后出现类似痴呆的表型
研究结果
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CALHM2 V136G突变与AD相关
之前的研究发现Calhm2在小鼠的抑郁和AD样症状发生中起重要作用。为了确定CALHM2在人类疾病中的功能意义，研究人员对932例AD患者和1350例匹配对照开展了CALHM2基因分型。他们发现，CALHM2中的SNP rs232660与AD显著相关。rs232660多态性位于CALHM2基因座的3号外显子内，导致第136位氨基酸位点的缬氨酸被替换为甘氨酸（V136G）。
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Calhm2 V136G突变破坏ATP释放通道
考虑到CALHM2 V136G与AD的临床相关性，研究人员接下来分析了这个突变如何影响CALHM2的生物学功能。他们推测，V136G突变可能会导致CALHM2蛋白的细胞外结构域（ECD）发生构象改变，更重要的是，ECD与S1-S2 linker直接接触，这被认为是CALHM2通道门控功能的关键，因此，V136G诱导的ECD构象改变很可能会影响通道门控。他们用过表达WT-Calhm2或V136G-Calhm2的质粒转染HEK293T细胞，发现在过表达WT-Calhm2的细胞培养基中，ATP水平显著升高，而在过表达V136G-Calhm2的细胞中，ATP升高几乎消失（图1），表明V136G突变破坏了CALHM2蛋白的ATP释放通道，大大影响了其功能。
同时，CALHM2的氨基酸序列（包括V136）在多个物种中高度保守，包括人类和小鼠。为了进一步研究该突变的功能，他们构建了Calhm2 V136G基因敲入小鼠（由赛业生物提供，图1）。与WT小鼠相比，他们观察到Calhm2 V136G小鼠星形胶质细胞的细胞外ATP水平显著下降，表明Calhm2 V136G突变会减少大脑中星形胶质细胞的ATP释放，这可能导致神经系统疾病的发生。
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Calhm2 V136G小鼠表现出抑郁样表型
为了研究Calhm2 V136G诱导的ATP减少对神经可塑性的影响，研究人员接下来对海马体CA1区的树突棘密度进行了分析。与WT小鼠相比，Calhm2 V136G小鼠的树突棘密度急剧下降，且粗短状（stubby）或蘑菇状（mushroom）树突棘明显减少（图2）。与树突棘形态分析的结果相一致，Calhm2 V136G小鼠表现出明显的海马长期电位（LTP）缺陷。这些结果表明，Calhm2 V136G突变会损害神经元功能。
之后，他们对2月龄的成年雄性小鼠开展了行为分析。与WT对照小鼠相比，Calhm2 V136G小鼠在强迫游泳实验和悬尾实验中的不动时间更长。同样地，在糖水偏好实验中，Calhm2 V136G小鼠的蔗糖偏好和摄入量也低于WT小鼠，说明Calhm2 V136G突变导致小鼠出现类似抑郁的行为。
研究人员接下来向小鼠腹腔注射ATP，看看ATP的补充是否可以挽救这些突变小鼠的抑郁行为表型。与注射生理盐水的小鼠相比，注射ATP的Calhm2 V136G小鼠在强迫游泳实验和悬尾实验中的挣扎事件明显延长，且对蔗糖的偏好和摄入明显增加。此外，在Calhm2 V136G小鼠的双侧海马中注射ATP后，这些突变小鼠在强迫游泳实验和悬尾实验中的不动时间显著减少，证明了ATP的直接抗抑郁作用。由此可见，外源性ATP补充可以缓解Calhm2 V136G小鼠的抑郁样行为。
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Calhm2 V136G突变损害老年小鼠的认知功能
Calhm2 V136G小鼠既然会长期出现抑郁样症状，那么在其年老之后是否会出现类似痴呆的表型？带着这个问题，研究人员对中年（10月龄）和老年（18月龄）Calhm2 V136G小鼠进行了莫里斯水迷宫实验。与年龄匹配的WT小鼠相比，10月龄的Calhm2 V136G小鼠未出现明显的空间学习或记忆缺陷。然而，18月龄突变小鼠的上台时间（逃逸潜伏期）更长（图3），表明Calhm2 V136G小鼠在老年阶段更容易出现认知能力下降。与此结果相一致，18月龄突变小鼠在新物体识别实验中对新物体没有表现出任何偏好。这些结果显示，Calhm2 V136G突变会损害老年小鼠的认知功能，从而表明CALHM2是抑郁症和痴呆症之间的重要关联。
研究结论
研究人员此次发现，与正常人相比，AD患者中的CALHM2 SNP rs232660发生率明显增加。SNP rs232660导致V136G替换，破坏星形胶质细胞和大脑组织中的ATP释放，并分别诱发成年小鼠和老年小鼠的抑郁样行为和认知能力下降。注射ATP可挽救Calhm2 V136G小鼠的抑郁样表型。这些分析提供了强有力的证据，支持抑郁症是痴呆症的风险因素，并表明CALHM功能缺陷是这两种疾病发生的共同促进因素。
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