來源：吉凱基因
抑鬱症是世界範圍內嚴重威脅人類健康的神經精神疾病，嚴重的抑鬱會引起心腦血管疾病，甚至導致自殺。以往的研究表明，神經突觸可塑性調節的異常是抑鬱發生的主要原因之一。腦源性神經營養因子（BDNF）作為腦內廣泛表達的一種神經營養因子，在調節神經突觸可塑性改變方面發揮著十分重要的作用。研究認為，由BDNF表達水平下調引起的海馬區突觸可塑性缺陷是抑鬱發生的重要原因。然而，抑鬱發生過程中的BDNF表達調控機制並不十分清楚。
2020年3月16日，山東大學基礎醫學院張利寧教授課題組在神經精神疾病領域頂級期刊《Molecular Psychiatry》（5-year IF: 12.18）發表了題為「Programmed Cell Death 4 as an Endogenous Suppressor of BDNF Translation Is Involved in Stress-Induced Depression」的文章，揭示了抑鬱發生過程中，抑制BDNF轉錄後翻譯的新機制。
研究方法
該研究中，張利寧教授團隊通過整合分析GEO數據，發現了與抑鬱發生相關的關鍵基因Pdcd4，並通過構建Pdcd4敲除小鼠，結合動物行為學分析，在細胞和動物水平證明了Pdcd4通過抑制mTORC1介導的BDNF信號損害神經元突觸可塑性，引起抑鬱樣行為。本研究首次提出Pdcd4作為一種新的抑鬱症藥物靶點，在臨床抑鬱症治療中具有潛在的應用價值。
首先，作者通過整合分析已發表的GEO資料庫中的數據，發現在重度抑鬱患者的海馬區，Pdcd4的表達水平相較於正常人群有著明顯的表達上調，在前額葉皮層中沒有明顯的變化（圖1）。提示，海馬區Pdcd4表達水平的上調是抑鬱發生的重要原因。
圖1. 重度抑鬱（MDD）患者海馬區Pdcd4表達上調
為了深入研究Pdcd4與抑鬱的關係，作者構建了小鼠抑鬱症的應激損傷模型。結果顯示，長期的應激同樣引起小鼠海馬腦區Pdcd4表達的上調（圖2a-c）。為此，作者構建了全身性Pdcd4敲除小鼠。行為學結果表明，Pdcd4的敲除幾乎阻斷了應激引起的小鼠抑鬱樣行為（圖2d-f）。此外，野生小鼠的海馬腦區注射腺相關病毒過表達Pdcd4同樣能夠引起小鼠的抑鬱樣行為（圖2g-l）。
圖2. Pdcd4缺失阻斷應激引起的小鼠抑鬱樣行為
接下來作者研究了Pdcd4對神經元突觸可塑性的影響。高爾基染色結果表明，Pdcd4敲除能夠抑制應激引起的樹突棘密度降低（圖3a,b）。過表達Pdcd4降低神經元的樹突棘密度（圖3c）。之後作者發現，雷帕黴素可以增強應激引起的野生小鼠海馬區BDNF表達下降和樹突棘密度減少，而Pdcd4敲除阻斷了雷帕黴素的作用（圖3d,e,f）。結果表明，Pdcd4在翻譯水平而非轉錄水平抑制了BDNF的表達（圖3g,h,i）。
圖3. 應激過程中Pdcd4通過阻斷mTORC1調節的BDNF表達引起神經元突觸可塑性損傷
之後作者研究了Pdcd4如何在翻譯水平調控BDNF的表達。通過構建包含不同BDNF mRNA亞型非翻譯區的螢光素酶表達載體，作者發現，Pdcd4選擇性的與BDNF IIc型mRNA的5』-UTR區結合，並抑制其翻譯表達（圖4）。
圖4. Pdcd4選擇性抑制BDNF IIc型mRNA的翻譯
為明確神經元中Pdcd4通過調控BDNF影響抑鬱行為。作者又構建了前腦神經元特異性Pdcd4敲除小鼠，通過給予BDNF受體TrkB抑制劑k252a，觀察對於應激引起的抑鬱的影響。結果顯示，神經元特異性敲除Pdcd4同樣抑制應激誘發的小鼠抑鬱樣行為，但是如果給予k252a阻斷BDNF信號，應激同樣能誘導神經元特異性Pdcd4敲除小鼠產生抑鬱樣行為（圖5）。
圖5. 抑制BDNF/TrkB信號誘導神經元特異性Pdcd4敲除小鼠產生抑鬱樣行為
為了探討在成年小鼠海馬區幹擾Pdcd4表達對應激誘發小鼠抑鬱樣行為的影響。作者使用吉凱基因提供的Pdcd4幹擾慢病毒產品（lentivirus-siPdcd4和lentivirus-siNC）注射野生成年小鼠海馬區降低Pdcd4表達（圖6a,b,c）。行為學結果顯示，成年小鼠海馬區降低Pdcd4表達可以明顯改善應激引起的抑鬱樣行為（圖6e,f,g,h,I,j）。
圖6.野生小鼠海馬區注射吉凱基因Pdcd4幹擾慢病毒降低Pdcd4表達抑制應激誘發的抑鬱樣行為
總 結
1. Pdcd4參與介導了應激引起的小鼠抑鬱樣行為；
2. Pdcd4選擇性的抑制BDNF IIc型mRNA的轉錄後翻譯；
3. Pdcd4通過抑制BDNF轉錄後翻譯降低神經元突觸可塑性。
圖7. Pdcd4參與應激引起的抑鬱發生機制模式圖
本研究中所用到的Pdcd4幹擾慢病毒和對照病毒（lentivirus-siPdcd4和lentivirus-siNC）由吉凱基因提供，幹擾靶點為5′-GAGGCUAUGAGAG AAUUUATT-3′。立體定位注射病毒至小鼠海馬區，可以實現Pdcd4蛋白表達的顯著降低（圖8）。
圖8.小鼠海馬區注射Pdcd4幹擾慢病毒實現了Pdcd4表達顯著降低
作者簡介
山東大學基礎醫學院張利寧教授和美國國立衛生研究院（NIH）Wanjun Chen教授為本文共同通訊作者。山東大學基礎醫學院博士後李媛和博士研究生賈玉峰為本文共同第一作者。
張利寧教授
博士，山東大學醫學院免疫系主任，二級教授、博士生導師。山東省醫學領軍人才，曾擔任國家自然科技獎函審和會評專家、國家自然基金課題的函審和會評專家及免疫學領域「973」重大課題中期考評專家。主要從事重大疾病的免疫調節研究，最近幾年重點關注新的T細胞亞群（ Th17、Treg）及新的免疫調控分子（Pdcd4和TIPE2）等在腫瘤和代謝相關炎性疾病（動脈粥樣硬化和肥胖）發生發展中的作用，並探索了其幹預方法。
作為課題負責人承擔國家「863」重大專項1項、國家自然基金面上項目8項，作為國內合作者完成國家自然基金-海外傑出青年基金（傑B）基金2項、作為學術骨幹承擔國家「973」課題2項。近年來在Molecular Cell、Autophagy、Diabetes、J. Immunol等有國際影響的學術雜誌發表SCI論文68篇，其中通訊作者34篇，獲得國家發明專利3項，獲山東省科技進步二等獎2項，三等獎3項。