文獻解讀：星形膠質(zhì)細胞GPR30在雌性小鼠學習記憶中的關(guān)鍵作用
絕經(jīng)期女性由于卵巢功能衰退、雌激素分泌不足會導致一系列神經(jīng)內(nèi)分泌失調(diào)癥狀，如植物神經(jīng)功能紊亂、生殖系統(tǒng)萎縮等，還可能出現(xiàn)一些生理和心理方面的變化，包括學習記憶能力下降、睡眠障礙以及焦慮和抑郁等，這些癥狀又被統(tǒng)稱為更年期綜合征。
激素替代療法（Hormone replacement therapy, HRT）是血管舒縮、泌尿生殖道萎縮等更年期癥狀最有效的治療方法，但由于其明顯的副作用并不適用于絕經(jīng)期女性學習和記憶能力下降的治療。
2023年9月15日，空軍軍醫(yī)大學劉水冰/招明高教授團隊在The Journal of Clinical Investigation雜志上發(fā)表題為PJA1 mediates the effects of astrocytic GPR30 on learning and memory in female mice的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞上表達的雌激素膜受體G蛋白偶聯(lián)受體30（G protein-coupled receptor 30）在雌性小鼠的學習和記憶能力中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并確定GPR30/PJA1/Serpina3n是圍絕經(jīng)期和絕經(jīng)后女性學習和記憶減退的潛在治療靶點。
雌激素通過經(jīng)典的雌激素受體ERα和ERβ，以及特異性膜受體GPR30（也被稱為G蛋白偶聯(lián)雌激素受體1；G protein-coupled estrogen receptor 1, GPER1）來影響認知功能。然而，長期使用雌激素會增加心血管疾病、血管栓塞性疾病、乳腺癌和子宮內(nèi)膜癌的發(fā)病風險，其激活ERα和ERβ會促進幾種激素反應性癌癥的進展，尤其是乳腺癌。
因此，對于絕經(jīng)期女性學習和記憶減退的治療，需要考慮尋找其它的有效治療靶點。有研究報道系統(tǒng)性激活GPR30可以增強動物的空間記憶和社會認知功能，但其機制仍不清楚。
在該研究中，作者利用卵巢切除（OVX）小鼠模型來模擬絕經(jīng)女性卵巢功能喪失，并且觀察到激活GPR30能夠改善OVX小鼠的記憶缺陷。為了確定GPR30通過哪種細胞來調(diào)節(jié)動物的學習記憶功能，作者構(gòu)建了全腦GPR30敲除（Δ3102），以及特異性敲除星形膠質(zhì)細胞GPR30（astrocyte-specific GPR30 KO, AG-KO）和神經(jīng)元GPR30（neuron-specific GPR30 KO, NG-KO）的小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雌性小鼠大腦星形膠質(zhì)細胞GPR30的缺失會誘導動物學習和記憶缺陷。并且，星形膠質(zhì)細胞GPR30的缺失會導致雌性小鼠海馬星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)發(fā)生異常改變，并伴隨星形膠質(zhì)細胞生理功能的改變和神經(jīng)元可塑性受損。
此外，為了排除GPR30缺失對動物腦發(fā)育的影響，作者還進一步利用條件性基因表達病毒來急性敲除雌性小鼠海馬CA1區(qū)星形膠質(zhì)細胞中的GPR30，結(jié)果表明CA1區(qū)星形膠質(zhì)細胞GPR30的缺失會導致動物記憶功能受損和星形膠質(zhì)細胞A1/A2表型失衡，誘導其向A1表型轉(zhuǎn)變。
注：A1表型星形膠質(zhì)細胞中上調(diào)的基因會破壞突觸，因此A1表型星形膠質(zhì)細胞被認為是有害的；相反，在A2表型星形膠質(zhì)細胞中上調(diào)的基因包括許多具有保護作用的神經(jīng)營養(yǎng)因子。
（星形膠質(zhì)細胞形態(tài)的改變提示其生理活動的變化，作者在條件恐懼測試的訓練階段檢測了小鼠海馬CA1區(qū)星形膠質(zhì)細胞的Ca2+信號，AG-KO雌性小鼠在受到足底電擊后的Ca2+信號強度明顯低于對照組，表明其功能受損。該實驗作者采用了瑞沃德公司生產(chǎn)的光纖記錄系統(tǒng)）
為了進一步闡明GPR30在星形膠質(zhì)細胞功能中發(fā)揮作用的信號通路，作者利用高通量RNA-Seq對Δ3102, AG-KO和NG-KO雌性小鼠的海馬組織進行了檢測，一共鑒定出19個星形膠質(zhì)細胞特有的差異表達基因。
其中作者重點研究了PJA1（一種E3泛素連接酶，與神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)），它在Δ3102和AG-KO小鼠中均顯著且穩(wěn)定地下調(diào)。在GPR30急性敲除的雌性小鼠海馬中，過表達PJA1能夠恢復星形膠質(zhì)細胞細胞形態(tài)，促進星形膠質(zhì)細胞由A1向A2表型轉(zhuǎn)變，并且降低促炎細胞因子的水平，提示PJA1在雌性小鼠星形膠質(zhì)細胞GPR30調(diào)控學習記憶的功能中起關(guān)鍵作用。
作者進一步在體外細胞實驗中證實，GPR30能夠通過CREB信號通路來正向調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞中PJA1的表達，而PJA1則能夠與下游的神經(jīng)炎癥相關(guān)分子Serpina3n（與認知密切相關(guān)）結(jié)合并對其進行降解。隨后作者通過對GPR30敲除的轉(zhuǎn)基因雌性小鼠海馬組織進行檢測，觀察到GPR30和PJA1能夠負向調(diào)節(jié)Serpina3n的水平，并且進一步發(fā)現(xiàn)在GPR30急性敲除的雌性小鼠海馬中敲低Serpina3n能夠挽救星形膠質(zhì)細胞形態(tài)、促進星形膠質(zhì)細胞由A1向A2表型轉(zhuǎn)變，并恢復動物的學習和記憶功能。
這些結(jié)果表明PJA1介導的Serpina3n降解受損會導致星形膠質(zhì)細胞活化和促炎細胞因子釋放，從而損害雌性小鼠的突觸可塑性，影響學習和記憶。
此外，作者還檢測到絕經(jīng)后女性血液外泌體中GPR30和PJA1的mRNA水平降低，而血漿中Serpina3n的水平升高。上述結(jié)果表明星形膠質(zhì)細胞GPR30/PJA1/ Serpina3n信號通路在絕經(jīng)期學習和記憶減退中起重要作用。
綜上，該研究強調(diào)了星形膠質(zhì)細胞GPR30在雌性小鼠學習和記憶中的關(guān)鍵作用，研究結(jié)果闡明了星形膠質(zhì)細胞中GPR30/PJA1/Serpina3n信號通路調(diào)節(jié)雌性小鼠學習記憶的細胞分子機制。這些關(guān)于GPR30參與認知機制的發(fā)現(xiàn)將有助于確定新的策略來治療圍絕經(jīng)期和絕經(jīng)后女性的學習和記憶缺陷。
研究方法亮點
這項工作中揭示了星形膠質(zhì)細胞中GPR30/PJA1/Serpina3n信號通路調(diào)節(jié)雌性小鼠學習記憶的作用機制。研究用到了動物手術(shù)造模、藥理學、光纖記錄、電生理記錄、動物行為學評估、免疫熒光以及細胞分子檢測等實驗技術(shù)。
瑞沃德深耕神經(jīng)科學研究領(lǐng)域21年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務。在該研究中，研究人員采用了瑞沃德生產(chǎn)的光纖記錄系統(tǒng)，為實驗的順利開展提供了支持。
此外，瑞沃德還可提供該研究所涉及的動物手術(shù)造模、藥理學、電生理記錄、動物行為學評估、免疫熒光以及細胞分子檢測等實驗技術(shù)完整解決方案。
截止目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務覆蓋海內(nèi)外 100 多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球2300+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認可。
