代谢学人

Cell: 肥胖无处避，抑郁几时去

撰文 | 程诗淼 高铭远 生茂正 郭盈盈 于剑 

编辑 | 孟美瑶

校对 | 生茂正

背景介绍

寻找食物、照顾后代、自我保护、合作等先天或本能行为，对于动物生存和繁殖至关重要。有关模式生物的实验表明，下丘脑不同细胞核内的神经元调节包括进食、睡眠、攻击和母体护理在内的行为的启动和维持，这些神经元回路通过感知内部状态和外部条件变化，改变固有行为，选择最具适应性的行为维持机体对内部和外部的反应。迄今为止，对内部和外部感觉线索如何整合以协调先天行为的机制理解有限，并且在动物身上研究的机制对人类生理学和病理生理学的贡献仍然知之甚少。瞬时受体电位离子通道(Transient receptor potential ion channel, TRP)是膜表达的钙渗透性阳离子通道，可将感觉刺激转化为电信号。TRP通道可以被生物物理和生化刺激激活，这些多模态特性能够检测和整合环境和内源性感官。例如TRPV1通道能够感知热量和辣椒素辣椒的味道，而TRPM8通道能够感知低温和薄荷醇的味道。

拓展阅读

TRP通道的分子机制

瞬时受体电位通道蛋白（Transient Receptor Potential ,TRP）家族由一类特殊的阳离子通道蛋白家族组成，主要负责介导神经系统与外部环境之间的交流。TRP通道基因最先在果蝇中发现，研究人员发现一种突变体果蝇对强光刺激表现出短暂的反应，而不是连续的反应，故根据其电生理表型将突变体命名为“瞬时受体电位”。基于序列和拓扑差异，哺乳动物TRP可分为以下七个亚家族：TRPC、TRPV、TRPM、TRPN、TRPA、TRPP、TRPML。

在功能上，TRP家族通过介导阳离子非选择性通过细胞膜（如Ca2+、Mg2+、 Na+, K+等），从而在受到热刺激、化学刺激以及机械刺激后，通过开放向内的阳离子通道，将这些刺激转换为内向电流。这些刺激本身不会改变电压，虽然大部分TRP均有类电压感受器结构域，但与真正的电压感受器结构域不同，它们大多数不能真正的受电压调节开放，其主要开放方式仍为受到配体刺激结合开放。比如TRPV1在受到刺激发生构象改变开放后S5和S6的跨膜区域发生构象改变，使得通道开放和阳离子内流，从而形成内向电流。比如，TRPV1不仅能够被辣椒素、毒蜘蛛产生的多肽毒素（DkTx）、树脂大戟含有的植物毒素（RTX）等天然刺激物激活，还可以受43℃以上的热刺激及pH变化激活，从而引起感受神经元的Ca2+内流。研究发现，在人角膜上皮细胞中，TRPV1激活会促进Ca2+内流，导致MAPK激活，随后IL-6和IL-8的释放增加，进而诱导炎症反应。而TRPM8在人体中作为冷觉感受器，‌可以被15-28℃的低温激活，‌也可以被薄荷醇、PIP2等配体激活，目前已有研究表明激活TRPM8能够减少炎症神经肽的释放，抑制促炎细胞因子和趋化因子的释放，并防止白细胞在结肠中的积累，从而减轻结肠炎。

此外，TRPC也是TPR家族的重要成员。TRPC1 和 TRPC5 的特异性阻断抑制了 ERK/cAMP 反应元件结合蛋白的激活并提供神经保护，TRPC1 过表达可能通过介导向内钙流、抑制线粒体中细胞色素 c 释放来发挥保护作用，减少 MPP 诱导的神经毒性和细胞凋亡。

参考文献：

[1]Zhang M et al. Signal Transduct Target Ther. 2023 Jul 5;8(1):261.

在一些智力障碍或自闭症儿童中，食欲亢进和肥胖症的并存通常被简单地归因于暴饮暴食或缺乏体育锻炼。然而越来越多的证据表明，肥胖、自闭症、智力障碍、适应不良行为，甚至多动症都可能由特定分子和神经发育机制的破坏引起。已有研究表明瘦素和血清素通过作用于相应受体激活Pomc神经元，抑制食物摄入。Pomc神经元TrpC5的特异性敲除后，瘦素和血清素对Pomc神经元的激活被抑制，导致机体能量消耗减少并且摄食增加，从而引发肥胖(小编注： TRPC5作为一种非选择性阳离子通道，主要控制细胞外Ca2+流入细胞，降低细胞内部的负电性，从而调节细胞去极化和细胞内离子浓度。TRPC5通道的激活将引起细胞膜去极化和胞质内钙浓度上升进而引起神经元细胞的兴奋。目前有关于TRPC5的研究多集中于TRPC5调控神经系统进而促进摄食并导致肥胖，而本篇文章的创新点在于临床结果的阐述，并通过追溯先证者父母的疾病状况发现TRPC5还具有调控产后抑郁的功能)。

产后抑郁症是在分娩后4周内发生的重度抑郁情况，并可能在产后持续长达1年。在全球范围内，产后抑郁症仍然是女性自杀死亡的主要原因，母亲经常在照顾婴儿时遇到困难，母亲产后抑郁症对婴儿行为、情绪和认知发育的不利影响可能会持续到儿童期，其遗传率高于其他时期的抑郁症。然而有关产后抑郁症的潜在机制尚不清楚，为了探索这些表型背后的机制，美国贝勒医学院徐勇团队联合英国剑桥大学I. Sadaf Farooqi团队进行相关研究，其成果“Loss of transient receptor potential channel 5 causes obesity and postpartum depression”近期发表在Cell上，该研究发现TRPC5在下丘脑的不同神经元中发挥作用，小鼠和人类中TRPC5的基因缺失会导致肥胖、焦虑、强烈的觅食和食物囤积行为以及导致女性产后抑郁行为，表明TRPC5对于生存至关重要的先天行为反应至关重要。

敲黑板啦！

1、人类TRPC5缺失会导致肥胖、焦虑、自闭症和产后抑郁症

2、携带人类TRPC5突变的雄性和雌性小鼠再现相似表型

3、TRPC5作用于下丘脑Pomc和OXT神经元介导其效应

4、大脑表达的TRPC5调节生存所必需的本能行为

研究结果

1、TRPC5缺乏人群的肥胖、焦虑和适应不良行为

研究人员通过使用比较基因组杂交技术(小编注：比较基因组杂交(CGH)是一种测定两个DNA样品(一个样品，一个对照)之间拷贝数变化的技术。该技术的原理为将待测样本和对照的DNA分别标记不同颜色的荧光探针并混合杂交后进行检测，通过对比荧光信号的差异判断是否存在DNA微重复和微缺失等情况，分辨率通常较低，与全基因组关联分析（GWAS）不同，GWAS是在人类全基因组范围内找出存在的序列变异，即单核苷酸多态性(SNP)，从中筛选出与疾病相关的SNPs)在两名重度肥胖男孩中发现Xq23染色体上的微缺失，使得TRPC5表达被破坏。他们来自无血缘关系的欧洲血统家庭，因此排除了已知的肥胖遗传原因(图1A、S1A)，同时这两名男孩的兄弟也患有重度肥胖，并携带TRPC5缺失，这些缺失来自他们同样患有肥胖症的母亲(图1B)。据报道，两位父亲都没有肥胖或行为障碍，这些观察结果表明TRPC5缺乏是一种X连锁显性遗传肥胖综合征。

先证者(小编注：Proband，指家族中第一个被医生或遗传研究者发现的罹患某种遗传病的患者或具有某种性状的成员，本研究中指的是两名患有TRPC5缺失单基因肥胖综合征的重度肥胖男孩)在儿童时期表现出极端的食物寻找和囤积行为，将食物藏起来供以后食用，而患有其他单基因肥胖综合征的儿童寻找食物后会迅速消耗掉(小编注：这里作者比对了MC4R基因缺失的先证者，发现其与MC4R先证者的快速消耗食物不同，TRPC5缺失虽然同样引发食物寻找，但主要以囤积为主。因此作者认为TRPC5缺失可能存在其他作用，并进一步寻找）。同时研究人员通过间接量热法发现先证者的基础代谢率与年龄、性别和身体成分预测的基础代谢率相当，没有畸形特征，也没有内分泌功能障碍的证据(小编注：该处和后文中表明，TRPC5主要通过下丘脑调节摄食促进肥胖，对各内分泌组织功能无显著破坏，因此与同重量性别年龄的WT肥胖患者相比无代谢方面的显著差异，排除了该基因缺失造成畸形或内分泌功能的损害)。

从两岁开始，两名重度肥胖男孩都表现出暴力和适应不良行为，这些行为被患者认为是由令人不安的声音或气味引起。两名先证者都具有自闭症的特征，在自闭症特征、思维问题、注意力问题、焦虑或抑郁方面得分很高(图S1B)，同时表现出持续的清醒，经常持续清醒48小时。TRPC5缺失的半合子男性和杂合子女性(小编注：女性有两条X染色体，只有其中一条染色体上的位点缺失为杂合子，由于男性只有一条X染色体，其X染色体上的位点缺失为半合子)有焦虑和惊恐发作史，两名男孩的母亲(TRPC5缺失杂合子)的月经初潮早(9-10岁)，月经周期以及血清中促性腺激素和催乳素水平正常，两人都顺利怀孕，但在分娩后的前4周发生了严重的产后抑郁症。

为了探究其他重度肥胖患者中是否存在TRPC5的罕见变异，研究人员对来自肥胖遗传学研究(小编注：公开的数据库，GOOS WES数据可从欧洲基因组表型组档案-EGA：EGAS00001000124获得)的984名儿童时期重度肥胖患者的外显子组测序数据进行分析，没有发现任何与TRPC5基因重叠的微缺失。研究人员鉴定出7种罕见的编码变体(最小等位基因频率MAF < 0.5%)，这些变体影响高度保守的残基，并且在公开可用的外显子组中未发现或很少发现(图1C)。为了研究某些变体是否影响TRPC5的功能，研究人员在HEK293细胞中表征了野生型(WT)和TRPC5突变体的功能特性，结果发现，与WT相比，K34del和S884F变体导致TRPC5蛋白水平显著降低(图1D)，环己酰亚胺(Cycloheximide,CHX)追踪实验发现K34del和S884F蛋白的降解速率加快(图1E)，表明蛋白质稳定性受损。此外，研究人员发现K34del变体在细胞膜上的表达降低，而其他突变体在细胞膜上正常表达(图1F)。通过电生理学实验，发现表达WT TRPC5的HEK293细胞显示出强内向电流(图1G、S1C)，在给予选择性TRPC5拮抗剂后内向电流被消除。与WT TRPC5相比，TRPC5突变体均导致电流显著降低(图1G、S1C)，发生功能丧失性突变（Loss-of-Function，LoF）。在7个变异携带者中，6人有嗜食和觅食行为，3人有食物囤积史(表S2)。

拓展阅读

TRPC通道的结构和功能

TRPC通道是一种非选择性阳离子通道，在可兴奋和不可兴奋的细胞中表达，具有广泛的组织特异性分布，因此参与各种病理生理功能。目前已发现七种该家族蛋白（TRPC1-7）。由于人体中TRPC2以伪基因的形式存在，因此根据氨基酸序列相似性，人体内的TRPC 主要分为三个亚群：TRPC1、TRPC3/6/7 和 TRPC4/5。 该家族蛋白均由胞质区结构域和跨膜区结构域两部分构成，胞质区结构域由位于N端的锚蛋白重复结构域(Ankyrin Repeat Domain，ARD)，连接螺旋结构域(Linker Helices Domain，LHD)，TRP螺旋，以90°折角相连的CH1(C terminal helix 1)和CH2构成。该结构域的功能主要负责结合配体或产生蛋白相互作用，从而激活跨膜结构域。而跨膜区结构域包括负责连接的铰链状Pre-S1 elbow结构域和6个跨膜α螺旋S1-S6。这六个螺旋则进一步组成了S1-S4构成的类电压感受器结构域(Voltage Sensor Like Domain，VSLD)，以及S5-S6构成的孔道结构域(Pore domain)。TRPC 家族共同的结构域包括N端的锚蛋白重复结构域，跨膜域和S5与S6之间阳离子通道区。 TRPC家族跨膜区结构域突起的细胞外环有助于离子、代谢物或蛋白质等细胞外配体与TRPC结合，进而调控细胞内信号通路。

参考文献：

[1]Guo W et al. Cell Calcium. 2019 Nov;83:102075.

为了研究TRPC5突变是否与普通人群的BMI相关，研究人员分析了来自UK BioBank数据库45万名个体的外显子组序列数据(表S3)。在英国生物样本库中，TRPC5变异的男性携带者比女性要少得多(男性为88人，女性为281人)，这可能因为患有重度肥胖或复杂行为表型的人不是自愿参加研究。在女性中，研究人员发现TRPC5是UK BioBank中与BMI最密切相关的X连锁基因(图S1D)。携带杂合子损伤突变的369名个体(88名男性，281名女性)BMI显著增加。研究人员通过分层分析发现，女性携带者的平均体重更重，而在较少数量的男性携带者中没有发现关联(图S1E)。这些发现表明，TRPC5中的罕见突变会影响人群的BMI(小编注：本文研究发现来自英国生物样本库的369名TRPC5变体携带者其BMI显著增加，其中对女性携带者的体重影响更加显著，但鉴于本文中的两名先证者均为男性，且数据库中男性数量显著低于女性，作者猜测是由于样本库中TRPC5变异的男性携带者数量较少，导致男性携带者没有出现显著差异。并在小鼠身上进行了进一步实验验证其猜想)。

图1.重度肥胖人群中发现的TRPC5变体

图S1.TRPC5变体携带者的遗传、分子和临床特征

2、携带人类LOF TRPC5突变的雄性敲入小鼠表现出肥胖、焦虑和社交能力下降

为了研究TRPC5突变是否会导致肥胖和观察到的行为表型，研究人员构建了人类严重LoF突变的敲入小鼠模型(Trpc5^K34del小鼠系)(图S2A)。HFD喂养Trpc5^K34del/Y雄鼠的体重和脂肪量显著增加并且食欲亢进(图2A-C)，Trpc5^K34del/Y雄鼠的活动量没有变化，但能量消耗显著降低(图2D、E)。在28℃环境温度下(小编注：与室温相比，28℃-30℃的温度范围被称为热中性环境)，Trpc5^K34del/Y雄鼠表现出增加的食物囤积行为(图2F、G)。

在旷场试验中，Trpc5^K34del/Y半合子雄鼠的焦虑样行为增加，其在开放场地的活动距离、进入中心的次数和停留时间以及站立(Rearing)时间均缩短(图2H、图S2B-D)。使用居家笼动物行为分析系统，研究人员观察到Trpc5^K34del/Y半合子雄鼠在禁食期间清醒时间显著增加(图2I)。在三箱社交实验中，与WT雄鼠相比，Trpc5^K34del/Y半合子雄鼠与另一只小鼠的互动明显减少(图2J、K)，表明小鼠社交能力降低。在居住者-入侵者试验中，将一只雄性“侵入者”小鼠置于单独饲养的WT或Trpc5^K34del/Y雄鼠的家笼中(图2L)，Trpc5^K34del/Y雄鼠对入侵者的攻击明显增加，同时攻击潜伏期缩短，攻击次数和持续时间增加(图2M、N)。上述实验表明在雄性小鼠模型中，人类TRPC5中的LoF突变会导致肥胖、焦虑、社交能力下降和攻击行为增加。

图2.Trpc5K34del/Y半合子雄鼠的代谢和行为表型

图S2.Trpc5K34del/Y雄鼠和Trpc5K34del/+雌鼠的代谢和行为表型

3、Trpc5缺失导致雌性小鼠产后抑郁行为和母性护理行为受损

研究发现在HFD条件下，Trpc5^K34del/+杂合雌鼠食物摄入量增加，从而导致小鼠体重和脂肪量增加(图3A-C)。Trpc5^{K34del/K34del}纯合子突变雌鼠的肥胖水平与半合子雄鼠相当(图S2E、F)，并且Trpc5^K34del/+雌鼠饲养在28℃环境温度下也表现出增加的食物囤积行为(图3D、E)。研究人员检测了WT与Trpc5^k34del/+雌鼠在24℃-28℃环境温度变化下的代谢参数，发现当环境温度从24℃增加到28℃时，WT和Trpc5^K34del/+小鼠的能量消耗均减少(图3F)。当环境温度从24℃升高到28℃时，WT小鼠的运动活性降低，而与WT小鼠相比，无论环境温度如何，Trpc5^K34del/+小鼠的运动活性都降低(图3G)。当环境温度从24℃升高到28℃时，WT小鼠的呼吸交换率显著增加，这与在热中性条件下，小鼠不需要利用那么多的脂肪来维持能量稳态相一致。虽然Trpc5^K34del/+小鼠在24℃时的RER与WT小鼠相当，但在28℃时Trpc5^K34del/+小鼠的RER并没有增加，导致其在热中性时的RER明显低于WT小鼠(图3H)。这些数据表明，Trpc5^K34del突变损害了对环境温度变化的适应性反应，这可能导致这些小鼠在热中性环境下食物囤积行为增加。

为了探究Trpc5^K34del/+雌鼠的产后行为，研究人员将WT和Trpc5^K34del/+杂合未交配过的雌鼠与经验丰富的WT雄鼠交配(图3I)，雌鼠成功怀孕，WT和Trpc5^K34del/+杂合雌鼠的幼崽产量、存活率和断奶前的平均体重相当(图S2G-I)。在产后1天时，与WT雌鼠相比，更多的Trpc5^K34del/+杂合雌鼠表现出丢弃行为，其幼崽散落在垫料中(图3J)。接下来研究人员评估了雌鼠在产后两天的找回行为，发现Trpc5^K34del/+雌鼠找回幼崽的时间显著增加，找回幼崽的次数减少(图3K、L)。Trpc5^K34del/+雌鼠也表现出蹲伏、梳理、筑巢和窝中时间的显著减少，这与母性护理水平的降低保持一致(图3M)。Trpc5^K34del/+雌鼠照料的幼崽聚集在巢内的比例显著降低，幼崽到巢的距离显著增加(图3N、O)。同样在更大的空旷场地进行的幼崽找回测试中，Trpc5^K34del/+雌鼠的找回行为显著受损，表现为总找回时间增加、找回次数减少和与幼崽的相遇次数增加(图3P、Q)。Trpc5^K34del/+雌鼠的行进距离和速度下降(图S2J、K)，表明接近幼崽的动机降低。

在产后12天时，研究人员发现Trpc5^K34del/+雌鼠的哺乳期泌乳素释放严重受损，但其基线催乳素水平(哺乳前)与WT雌鼠相当(图3R)。在断奶后，Trpc5^K34del/+雌鼠在强迫游泳测试中的静止时间显著增加，并且在蔗糖偏好测试中对蔗糖水的兴趣降低，这与抑郁样行为和快感缺乏相一致(图3S、T)。而未交配过的Trpc5^K34del/+杂合雌鼠和Trpc5^K34del/Y半合子雄鼠没有表现出抑郁样行为或快感缺乏(图S2、L、图S2M)。Trpc5^K34del/+杂合雌鼠也表现出焦虑样行为增加和清醒时长增加(图S2N-V)(小编注：焦虑和抑郁是两种不同的心理状态，反映在小鼠对行为学实验的不同表现，但两者往往同时出现。两者通常都通过评估行为反应来识别，不同的是焦虑行为通过探索性行为、避免性行为、对新环境的恐惧以及对不同刺激的反应体现，具体包括旷场实验、高架十字迷宫实验等实验。而抑郁行为则表现为奖励快感和社交的缺失，通过社交行为、自我刺激行为、食欲和运动等方面的改变而体现出来，具体包括社交互动实验、强迫游泳实验、蔗糖偏好测试等实验)。

在Trpc5^K34del小鼠中观察到的行为缺陷表明，激活Trpc5可能改善WT小鼠的这些行为。基于此，研究人员使用苯并噻二嗪衍生物(Benzothiadiazine, BTD)，这是一种Trpc5激活剂，对Trpc5的选择性是其他Trp通道的15倍以上。结果发现BTD显著改善了WT雄鼠的焦虑样行为和社交行为，并改善了WT雌鼠的母性行为(图S3)，进一步证明这些表型是由TRPC5介导的。

图3.Trpc5K34del/+杂合雌鼠的代谢和行为表型

图S3.BTD对雌雄WT小鼠行为的影响

4、Trpc5基因缺失损害下丘脑Pomc神经元介导的厌食效应

在下丘脑弓状核(ARH)内，研究人员发现91%的Pomc神经元共表达Trpc5(图4A)。先前的研究表明，Trpc5会使Pomc神经元去极化，从这些神经元中靶向敲除Trpc5会导致食欲亢进和肥胖。研究人员发现BTD给药减少了NCD和HFD喂养小鼠的食物摄入量(图4B、C)，而使用高岭土摄入测试和条件味道厌恶测试发现BTD给药没有产生不良影响(图S4A-D)。BTD给药增加ARH中的Pomc神经元c-Fos表达(图4D)，使用氯氮平N-氧化物(Clozapine N-oxide, CNO)对表达人工受体hM4Di的Pomc神经元进行化学失活，可阻断BTD诱导的厌食症(图4E、F、图S4E-G)。此外，BTD显著增加WT雄鼠Pomc神经元中的c-Fos并减少食物摄入量，而这些影响在Trpc5^K34del/Y雄鼠中减弱(图4G、H)。在长期研究中，研究人员也发现每天注射BTD显著降低HFD喂养WT雌鼠的体重和食物摄入量，而在HFD喂养的Trpc5^{K34del/K34del}雌鼠中这些影响被减弱(图4I-K)。这些结果表明，Trpc5的敲除损害了ARH中Pomc神经元介导的食物摄入抑制。

接下来，研究人员探究了瘦素和氯卡色林(Lorcaserin，一种血清素2C受体激动剂)对WT和Trpc5^K34del/Y雄鼠食物摄入量的影响。研究发现瘦素和氯卡色林都能显著减少WT雄鼠的食物摄入量，增加WT雄鼠Pomc神经元中c-Fos的表达，但在Trpc5^K34del/Y雄鼠中瘦素和氯卡色林的作用被减弱(图S4H-J)。上述结果与先前的报道一致，即Pomc神经元中的Trpc5介导瘦素和血清素的厌食作用，该效应在人类LoF Trpc5突变的敲入小鼠模型中显著降低。

图4.Trpc5缺失会损害Pomc神经元介导的厌食效应

图S4.Trpc5介导的Pomc神经元激活调节食物摄入

5、OXT神经元中Trpc5的缺失导致肥胖

研究人员在下丘脑的脑室旁核(PVH)中检测到丰富的Trpc5表达，其与34%的表达催产素(Oxytocin, OXT)的神经元共定位(图5A)，但Trpc5不在视上核(SON)与OXT神经元共定位(图S5A)。为了探究OXT神经元上Trpc5对观察到的表型的贡献，研究人员使用Cre-loxP方法敲除OXT神经元中的Trpc5(图S5B)。研究发现在NCD条件下，OXT神经元中Trpc5缺失的雌鼠和雄鼠表现出明显的食欲亢进、体重增加和肥胖增加(图5B-D、图S5C-G)。这些肥胖相关表型比人源化的Trpc5^K34del小鼠更为严重。

TSE PhenoMaster代谢笼中进行的代谢分析实验证实OXT神经元中Trpc5缺失小鼠食物摄入增加和运动活动减少，但能量消耗没有变化，表明食欲亢进是OXT神经元中Trpc5缺失小鼠肥胖的主要驱动因素(图5E、F、图S5H、I)。上述研究表明，除了Pomc神经元外，Trpc5还作用于OXT神经元来调节食物摄入和体重。给OXT神经元中Trpc5缺失的雌鼠和雄鼠补充OXT可以将食物摄入量和体重降低至WT小鼠水平(图5G、图S5J、K)，这表明OXT类似物或OXT受体激动剂可能有效治疗由于TRPC5缺失引起的肥胖。(小编注：目前已有研究报道催产素能够调控摄食行为，如在中枢室旁核及视上核中的催产素神经元投射到弓状核POMC神经元，促进POMC神经元分泌α-MSH，从而引起厌食行为，减少食物摄入。)

图5.OXT神经元中Trpc5缺失的代谢效应

图S5.OXT神经元介导Trpc5对能量稳态的影响

6、OXT神经元中Trpc5缺失会使小鼠焦虑增加、社交能力降低并导致产后抑郁行为

研究人员对Trpc5^f/Y/OXT-Cre雄鼠和Trpc5^f/+/OXT-Cre雌鼠及其同窝对照小鼠进行了一系列行为学实验。与WT小鼠相比，未交配过的Trpc5^f/Y/OXT-Cre雄鼠和Trpc5^f/+/OXT-Cre雌鼠的焦虑样行为增加(图6A、B、图S6A-F)。此外，未交配过的Trpc5^f/+/OXT-Cre雄鼠的社交能力降低(图6C)。未交配过的Trpc5^f/Y/OXT-Cre雄鼠和Trpc5^f/+/OXT-Cre雌鼠在抑郁样行为测试中的表现与对照组相当(图S6G-J)。

为了测试OXT神经元中的Trpc5是否对母性行为造成影响，研究人员将Trpc5^f/+/OXT-Cre雌鼠和同窝对照小鼠与经验丰富的WT雄鼠交配，雌鼠成功怀孕，幼崽产量和断奶前的平均体重与WT组相当(图S6-M)。哺乳期Trpc5^f/+/OXT-Cre雌鼠找回幼崽的行为显著减少，雌鼠护理行为受损(图6D-H)。断奶后Trpc5^f/+/OXT-Cre雌鼠表现出抑郁样行为增加和快感缺乏(图6I、J)。总体来说，OXT神经元中Trpc5的缺失重现了人源化Trpc5^K34del小鼠的行为缺陷，包括焦虑样行为、社交能力降低、母性护理行为受损和产后抑郁样行为。

图6.Trpc5缺失对OXT神经元行为的影响

图S6.OXT神经元介导Trpc5对行为的影响

7、PVH OXT神经元中Trpc5的回补可减少Trpc5 K34del小鼠的体重、焦虑和产后抑郁行为

为了研究Trpc5在PVH OXT神经元中的作用，研究人员构建了携带WT Trpc5的Cre依赖性AAV病毒(AAV-DIO-Trpc5)，并将该病毒立体定向注射到Trpc5^K34del/OXT-Cre雄鼠和雌鼠的PVH中，从而在PVH OXT神经元选择性地过表达功能性Trpc5(图S7A、B)。研究人员将AAV-DIO-Trpc5双侧立体定向注射到Trpc5^K34del/Y/OXT-Cre雄鼠的PVH中，导致Trpc5仅在这些突变小鼠的PVH OXT神经元中恢复。作为对照，另一组Trpc5^K34del/Y/OXT-Cre突变雄鼠的PVH接受携带GCaMP6m(基因编码的钙传感器)的Cre依赖性AAV载体的双侧立体定向注射(小编注：：通常神经元内的钙离子浓度的升高可以通过钙离子指示剂检测。GCaMP6等遗传编码钙离子指示剂(GECIs)是目前最主要的基因编码钙离子指示剂，根据其灵敏程度可分为GCaMP6s(slow)、6m(medium)和6f(fast)三种成员。该蛋白由cpGFP 蛋白、CaM钙调蛋白、M13 肽这三个结构组成。当有钙离子存在时，钙调蛋白CaM 和M13 结合，连带引起cpGFP 蛋白的构象变化，增强其荧光信号。可以通过光纤记录、双光子显微镜等观察，故常用于在实验中用于指示细胞中的Ca 2+信号活动，且短期不会对神经元等细胞造成显著影响。但也有研究表明，长期表达该蛋白的神经元易出现凋亡等损伤，其原因为细胞内本身的CaM的蛋白可能与M13意外结合造成神经元功能异常，因此在实验前往往需要对表达水平/时间进行试探性预实验，进而根据经验数据规避GCaMP损伤）(图7A)。研究人员发现Trpc5^K34del/Y突变小鼠的PVH OXT神经元中Trpc5的过表达减少食物摄入量，导致体重和脂肪量的显著降低(图7B-E、图S7C、D)。此外，PVH OXT神经元中Trpc5的过表达也改善了Trpc5^K34del/Y突变雄鼠的焦虑样行为和社交行为(图7F-I、图S7E-G)。

接下来，研究人员生成了一组在PVH OXT神经元过表达Trpc5的Trpc5^K34del/+/OXT-Cre雌鼠(图7J)，这些雌鼠与经验丰富的WT雄鼠交配后成功怀孕，幼崽产量和断奶前的平均体重与WT组相当(图7K、图S7H-J)。研究发现无论是在鼠笼中还是在空旷场地，Trpc5的过表达均显著改善雌鼠的幼崽找回行为和母体护理指数(图7L-O)。断奶后，PVH OXT神经元中Trpc5过表达的Trpc5^K34del/+/OXT-Cre雌鼠抑郁样行为和快感缺乏情况改善(图7P、Q)。上述研究表明，Trpc5缺陷雌鼠的产后抑郁样行为和母性行为受损是由PVH OXT神经元功能受损介导的。

图7.PVH OXT神经元中Trpc5的恢复可逆转Trpc5缺乏的特征

图S7.Trpc5在PVH OXT神经元中的恢复改善了由于Trpc5缺失而导致的代谢和行为表型

总结

在本研究中，研究人员发现染色体Xq23上的微缺失破坏了大脑中TRPC5的表达。人类男性TRPC5缺失携带者表现出觅食、肥胖、焦虑和自闭症，这些症状在携带人类TRPC5功能缺失突变的敲入雄鼠中再现，同时研究人员发现携带TRPC5缺失的人类女性有严重的产后抑郁症。下丘脑室旁核中催产素神经元中Trpc5的缺失导致两性肥胖和女性产后抑郁行为，而催产素神经元中Trpc5过表达逆转了这些表型。总之该研究表明TRPC5在介导对人类生存至关重要的基本先天行为中起着关键作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.06.001