重度抑郁症的小胶质细胞转录谱显示皮层灰质小胶质细胞受到抑制

重度抑郁症（Major depressive disorder，MDD）是世界范围内致残的主要原因之一[1]。最近的研究表明，MDD患者的小胶质细胞免疫状态发生了改变[2,3]。小胶质细胞占大脑细胞的10%到15%，影响神经元功能的主要方面。通过监测大脑的碎片、过量的蛋白质、功能失调的突触和异常的神经元，它们可以调节健康和疾病中的突触传递和神经可塑性[4]。在精神疾病中，小胶质细胞的改变已经在精神分裂症、自闭症谱系障碍、重度抑郁症和双相情感障碍中得到证实[5,6]。然而，在不同的神经病理条件下，小胶质细胞是否以及在何种状态下具有有益或有害的作用仍不确定。这项研究对临床特征明确的MDD脑供体队列组织中的初级人类小胶质细胞转录组，以及独立队列中小胶质细胞神经元调节因子的基因和蛋白表达进行了深入的分析。

这项研究从人类枕皮质GM和胼胝体WM中分离出完整的小胶质细胞(图1A)。发现MDD供者（n=13）和对照组（n=10）的小胶质细胞在CD11b的表达、活力和纯度方面没有差异。从MDD供者分离的GM小胶质细胞中CD45的检测较低（p=0.0141），而MDD的膜CD45在WM小胶质细胞中有明显下降的趋势（p=0.0596）（图1B）。对照GM或WM分离的小胶质细胞的RNA测序显示小胶质细胞标记基因的富集（ADGRG1、CSF1R、P2RY12、C1QA、CX3CR1），而巨噬细胞（SLPI、MRC1、CD36）、神经元（MAP2、STMN2、SYN1、SLC17A7）、星形胶质细胞（AQP4、GFAP、ALDH1L1）、少突胶质细胞（PLP、SOX10、MOG）或内皮细胞（CLDN5）的标记基因未被显著检测到（图1C)。所有样本的小胶质细胞基因表达数据的主成分分析（PCA）显示四组样本存在分离，差异的最主要部分是GM和WM小胶质细胞之间的区域差异（约62%）（图1D）。值得注意的是，PC2的差异是由性别定义的（10%)。研究者将从MDD脑分离的GM小胶质细胞与对照GM小胶质细胞进行比较，MDD中有81个基因表达较低，11个表达较高（图1E/F）。显著下调的基因分别编码清道夫受体CD163、增殖标志物Ki-67、细胞外基质蛋白骨桥蛋白、脂多糖共受体CD14、高亲和力免疫球蛋白γ Fc受体（CD64）)和补体成分C1q链。

图 1 通过RNA测序确定MDD和对照脑组织分离的小胶质细胞的差异基因表达。。

（图源：Scheepstra KWF, et al., Biological Psychiatry, 2023）

研究者对年龄匹配的MDD（n=12）和对照（n=12）供者的独立枕皮质GM进行了CD163免疫组化染色显示，CD163在MDD的小胶质细胞和血管周围巨噬细胞中表达水平较低（p=0.028）（图2A/B）。并且，CD163染色强度在死亡时处于一定抑郁状态的供体中最低(图2A）。

图2 CD163免疫组化染色。

（图源：Scheepstra KWF, et al., Biological Psychiatry, 2023）

随后，该研究使用IPA组学通路分析（Ingenuity pathway analysis）鉴定了MDD中与DEGs相关的遗传调控通路（图3）。MDD小胶质细胞中大部分相关通路的活性较低，最主要的通路是“补体系统”和“Fc γ受体介导的吞噬作用”。过度表达的途径之间的调控基因指向抑制效应功能，特别是小胶质细胞的吞噬活性。总之，效应功能通路在GM MDD小胶质细胞中受到抑制。

图3 MDD GM小胶质细胞与对照供体之间的DEGs列表衍生的富集信号通路图。

（图源：Scheepstra KWF, et al., Biological Psychiatry, 2023）

该研究还使用GSR（Genescore resampling）方法给出了非定向识别的途径，这些途径与IPA分析中列出的过度代表性的途径相匹配，包括“IgG结合”、“巨噬细胞活化”、“fc - γ受体信号通路”、“吞噬调节”、“质膜内陷”、“吞噬吞噬”和“补体活化调节”。另外，WGCNA鉴定了共表达基因簇，揭示了18个不同的模块（图4A）。模块-性状关系分析显示，6个模块与分组（对照或MDD）显著相关，4个模块与年龄显著相关，2个模块与性别显著相关。在与分组相关的模块中，3个模块（M2、M4和M9）是独特的，与年龄或性别无关，显示出MDD对整体基因表达模式的特异性影响。M2与分组相关性最显著，它富集于与小胶质细胞功能相关的通路，如“囊泡组织”、“细胞溶质转运”和“自噬”（图4B）。

图 4. 来自MDD或对照供体的GM小胶质细胞的共表达网络模块及其功能富集结果。

（图源：Scheepstra KWF,et al., Biological Psychiatry , 2023）

为了解释MDD中GM小胶质细胞的较低激活状态，研究者选择利用MDD（n = 13）和年龄匹配对照（n = 13）枕叶皮层GM样品的独立队列通过RT-qPCR检测 CD47和CD200表达（图5A）。这两种蛋白参与神经元到小胶质细胞信号传导，可沉默小胶质细胞免疫反应并防止突触修剪[7]。与对照组（p= 0.0009）相比，CD200在MDD GM中的表达显着更高（图5B）。由于吞噬途径与小胶质细胞介导的靶向突触降解有关，该研究进一步检测了人类皮层突触部分中的CD47和CD200表达。发现，该突触片段高度富含兴奋性突触后标记物PSD-95，而髓磷脂片段中没有检测到PSD-95（图5C)。MDD皮层突触体中CD47的丰度高于对照组（p=0.0396)，而CD200的丰度不变（图5D/E)。

图 5. MDD皮层小胶质细胞抑制增加。

（图源：Scheepstra KWF, et al., Biological Psychiatry, 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

该研究发现来自临床诊断为MDD的供体的GM小胶质细胞, 显示出独特的疾病相关小胶质细胞（DAM）转录组谱，并将其命名为DepDAM。GM小胶质细胞的大部分DEGs下调，其中许多基因参与免疫应答和吞噬功能。通路分析显示免疫激活和吞噬活性发生改变。与对照供体相比，MDD GM小胶质细胞的CD45膜表达较低，在分离后立即进行评估，免疫抑制状态也很明显。但这项研究中几乎所有的重度抑郁症脑供体都接受了抗抑郁药物治疗，不能排除药物可能影响了小胶质细胞的炎症状态[8]。此外，一些捐助者无法获得关于死亡时抑郁症临床状况的资料。总的来说，这项研究在MDD的枕皮质中发现了免疫抑制的GM小胶质细胞表型，这可能是由神经元调节引起的。吞噬和补体激活减少的“冷漠”小胶质细胞状态可能对与MDD相关的突触代谢和连通性产生重要影响。DepDAM表型进一步增加了人类大脑中确定的小胶质细胞状态的连续性[9]。