《Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry》：Combined olfactory bulbectomy and zinc deficiency induce complex neurobiological alterations resistant to classical antidepressant treatments: Insights from proteomic and neurochemical analyses
编辑推荐：
抑郁症治疗抵抗；嗅球切除术联合缺锌模型；质谱分析；突触功能失调；神经递质代谢异常
安娜·拉法洛-乌利恩斯卡（Anna Rafa?o-Ulińska）|卢卡什·加西奥尔（?ukasz G?sior）|莫妮卡·扎伦巴-科齐奥尔（Monika Zar?ba-Kozio?）|雅库布·沃达尔奇克（Jakub Wodarczyk）|雷娜塔·普克洛（Renata Puk?o）|安娜·哈杜赫（Anna Haduch）|瓦迪斯瓦夫娜·安娜·丹尼尔（W?adys?awa Anna Daniel）|贝尔纳黛塔·谢夫奇克（Bernadeta Szewczyk）
波兰科学院马伊药理学研究所神经生物学系，地址：Sm?tna 12，31-343 克拉科夫，波兰
摘要
重度抑郁症（MDD）是一种复杂的多因素精神疾病。尽管治疗手段有所进步，但仍有约30%的患者未见症状改善，这凸显了对其病理生理学机制的进一步研究必要性。临床研究表明，锌缺乏可能是导致抑郁症的重要风险因素，并可能降低抗抑郁药物的效果。我们开发了一种新的动物模型，将嗅球切除术（OB）与饮食锌缺乏（ZnD；3 mg Zn/kg）相结合，以深入探讨这一关系。经过三周的OB + ZnD处理后，大鼠分别接受艾司西酞普兰（Esc）或文拉法辛（Ven）治疗，剂量为10 mg/kg（腹腔注射），或较低剂量（1 mg/kg）并辅以锌补充（5 mg/kg）。治疗后，采集前额叶皮层（PFC）和海马体（Hp）进行蛋白质组学（质谱分析）、分子生物学（Western blot）和神经化学（HPLC）检测。OB + ZnD模型引发了显著的生化变化。蛋白质组学分析显示，参与突触功能、神经元可塑性、神经递质调节、细胞骨架重塑和钙信号传导的蛋白质出现显著失调。不同脑区存在差异：PFC中的某些蛋白质上调，而Hp中的蛋白质则主要下调，表明其功能受损更为严重。PFC中还检测到氧化应激、线粒体功能障碍和神经退行性病变的标志物升高。抗抑郁药物（Esc、Ven）或其与锌补充剂的联合治疗未能逆转这些神经生物学变化。我们的研究结果表明，OB + ZnD模型可引起复杂的神经生物学改变，包括神经元可塑性、多巴胺能功能及能量代谢的损伤，这些改变似乎对常规单胺类抗抑郁疗法具有抗性。
引言
重度抑郁症（MDD）是最常见的精神疾病之一，表现为持续的低落情绪，伴有悲伤感以及对活动的兴趣丧失，持续时间较长（健康指标与评估研究所全球健康数据交换，2023年；世界卫生组织，2023年）。这是一种异质性且复杂的疾病，涉及多种机制，主要表现为神经传递功能障碍（Hidaka，2012年；Trivedi和Greer，2014年）。尽管有多种作用机制不同的抗抑郁药物可供选择，但仍有大量患者未能获得满意的临床疗效，这加剧了治疗难治性抑郁症（TRD）的问题（McIntyre等人，2023年）。这一未满足的需求凸显了改进转化模型和明确抗抑郁药物无效的生物学机制的重要性。近年来，人们对微量元素（尤其是锌）在抑郁症病因学和治疗中的作用日益关注。临床观察显示，抑郁症患者的锌水平常发生改变，补充锌可改善抗抑郁治疗效果，尤其是在对标准药物治疗反应不佳的个体中（Nowak等人，2003年；Siwek等人，2009年；Siwek等人，2010年）。临床前研究也支持锌缺乏（ZnD）在抑郁样表型中的致病作用（Petrilli等人，2017年）。饮食锌缺乏会导致行为改变，如强迫游泳试验（FST）和尾部悬挂试验（TST）中的绝望行为，以及蔗糖偏好试验（SPT）中的快感缺失（Tassabehji等人，2008年；M?yniec等人，2012年；Doboszewska等人，2015年）。此外，锌缺乏还与啮齿动物对抗抑郁药物反应减弱有关，提示锌摄入不足可能影响抗抑郁疗效（Tassabehji等人，2008年；M?yniec等人，2012年）。另一种常用的模型是嗅球切除术（OB），该模型可产生稳定的行为和神经生物学表型，包括单胺系统失调、神经内分泌和免疫变化以及特征性行为改变（Kelly等人，1997年；Song和Leonard，2005年；Hendriksen等人，2015年）。OB动物在抑郁相关测试中表现出显著异常，如SPT中的奖赏敏感度降低/快感缺失，FST和TST中的绝望行为（受实验条件和方案影响），以及典型的过度活跃现象，这种过度活跃仅在长期抗抑郁治疗后才会恢复正常（Kelly等人，1997年；Song和Leonard，2005年；Bogdanova等人，2013年）。需要长期治疗才能逆转OB相关行为，这与抗抑郁药物疗效的延迟出现相符，表明该模型适用于研究超出急性抗抑郁效果评估的机制。结合OB与锌缺乏的模型可能有助于更准确地模拟抗抑郁药物无效的生物学机制。我们之前的研究已证明，锌缺乏不仅会增加抑郁样结局的风险，还会减弱咪达普林和氯胺酮在慢性应激小鼠中的抗抑郁效果（Pochwat等人，2022年）。进一步的研究发现，锌缺乏会减弱艾司西酞普兰和文拉法辛在OB模型中的疗效。这些发现支持锌缺乏可能促进抗抑郁药物抵抗性的假设。综合模型（如OB + ZnD或CRS + ZnD）可能比单一操作更全面地反映TRD的生物学特征。
动物与饲养条件
所有实验操作均遵循美国国立卫生研究院关于实验动物护理和使用的指南，并获得了波兰克拉科夫第二地方伦理委员会的批准（许可编号52/2018和270/2019）。我们尽一切努力减少动物痛苦并尽量减少实验动物的数量。实验所用大鼠为Sprague–Dawley雄性大鼠（体重220–250克，到实验时7周龄），饲养在光照/黑暗周期为12小时的受控环境中。
OB + ZnA与OB + ZnD的比较
在检测到的蛋白质中，103种蛋白质表达上调，46种蛋白质表达下调。前额叶皮层（PFC）的基因本体论（GO）功能注释分析显示，与OB + ZnD组相比，OB + ZnA组在以下通路中表达显著富集（p < 0.001）：
讨论
蛋白质组学是对蛋白质进行的大规模研究，包括其结构、功能和相互作用。与基因组学相比，它能提供细胞过程的详细信息，从而更动态地理解生物系统（Al-Amrani等人，2021年）。我们在研究中使用蛋白质组学方法来分析OB + ZnD模型引起的生化变化。数据表明，OB + ZnD模型导致PFC和Hp的蛋白质表达显著失调。
结论
OB + ZnD模型在大脑中引发显著的生化变化，影响突触功能、神经元可塑性、神经递质调节、细胞骨架组织和钙信号传导相关通路。此外，该模型具有区域特异性效应，表现为PFC中的蛋白质表达上调，而Hp中的蛋白质表达下调。同时观察到代谢应激的迹象，如氧化应激标志物和线粒体功能障碍的增加。
作者贡献声明
安娜·拉法洛-乌利恩斯卡（Anna Rafa?o-Ulińska）：撰写初稿、数据可视化、结果验证、资源管理、方法设计、实验实施、资金筹集、数据分析、概念构思。
卢卡什·加西奥尔（?ukasz G?sior）：数据可视化。
莫妮卡·扎伦巴-科齐奥尔（Monika Zar?ba-Kozio?）：方法设计、实验实施。
雅库布·沃达尔奇克（Jakub Wodarczyk）：资金筹集。
雷娜塔·普克洛（Renata Puk?o）：实验实施。
安娜·哈杜赫（Anna Haduch）：实验实施。
瓦迪斯瓦夫娜·安娜·丹尼尔（W?adys?awa Anna Daniel）：撰写及审稿编辑。
贝尔纳黛塔·谢夫奇克（Bernadeta Szewczyk）：撰写及审稿编辑、方法设计。
伦理声明
所有实验操作均符合美国国立卫生研究院的动物护理和使用指南，并获得了波兰克拉科夫第二地方伦理委员会的批准（许可编号52/2018和270/2019）。我们尽量减少实验动物的数量并避免其痛苦。
实验期间每天对大鼠进行监测。
资助
本研究由波兰国家科学中心资助，项目编号为PRELUDIUM 2017/25/N/NZ5/02714（A.R.-U），属于波兰科学院马伊药理学研究所的法定项目；同时获得波兰国家科学中心项目编号2021/41/B/NZ4/02603（JW）的资助。
