精神分裂症后认知也下降？

《动物行为实验手册》电子版pdf，网盘直发

2024年12月19日，西班牙巴塞罗那大学神经科学研究所Albert Giralt团队在Journal of Neuroin­ammation发表“Alterations of the IKZF1-IKZF2 tandem in immune cells of schizophrenia patients regulate associated phenotypes”，揭示了在精神分裂症患者免疫细胞中，IKZF1和IKZF2基因的协同变化调控了与该疾病相关的表型，特别是对认知功能产生了显著影响。

精神分裂症是一种复杂的多因素疾病，越来越多的证据表明免疫失调参与了其发病机制。作者发现经典的免疫相关转录因子（TFs）IKZF1和IKZF2在患者的外周血单个核细胞（PBMCs）中均呈下调状态，但在其大脑中并非如此。该研究构建了一种新的Ikzf1和Ikzf2表达降低的突变小鼠模型，以研究这些变化所产生的影响。这类小鼠出现了与结构突触可塑性改变相关的精神分裂症样表型在三个维度（阳性—阴性—认知）上的缺陷。随后，研究了取自患者的培养外周血单个核细胞的分泌蛋白组，并确定了潜在的分泌分子，这些分子依赖于IKZF1和IKZF2的mRNA水平，进而在体内和体外模型中对神经同步性、结构突触可塑性以及精神分裂症样症状产生影响。结果指出，依赖于IKZF1-IKZF2的免疫信号对涉及精神分裂症的关键神经回路存在负面影响。

图一 精神分裂症患者大脑和循环免疫细胞中IKZF1和IKZF2 mRNA水平

完全敲除Ikzf1或Ikzf2基因的小鼠可能会出现与大脑相关的缺陷，作者首先旨在通过RT-qPCR评估在与精神分裂症病理生理学密切相关的不同脑区，即海马、背外侧前额叶皮质（DLPFC）和壳核中IKZF1和IKZF2 mRNA的水平。对精神分裂症患者和对照患者的尸检脑样本中的此类mRNA水平进行了评估，未检测到在海马、背外侧前额叶皮质或壳核中IKZF1和IKZF2的mRNA水平有变化，通过免疫印迹法评估蛋白质水平时也观察到了相同的结果。从对照组和精神分裂症患者中分离出外周血单个核细胞（PBMCs），其大约70 - 90%为淋巴细胞。对这些外周血单个核细胞的描述性评估显示，在将对照受试者与精神分裂症患者进行比较时，无论是中性粒细胞、淋巴细胞还是单核细胞，在细胞密度方面均无差异。然后作者提取了它们的mRNA，并评估了IKZF1和IKZF2的mRNA水平。与匹配的对照组相比，精神分裂症患者外周血单个核细胞mRNA中的IKZF1和IKZF2均显著下调。发现IKZF1和IKZF2的mRNA水平在CD4+细胞中均下调。相反，IKZF1和IKZF2的mRNA水平在CD8+细胞中是正常的。接下来用最常用的两种抗精神病药物：帕利哌酮和氯氮平对野生型小鼠进行亚慢性给药（为期7天）处理。发现小鼠外周血单个核细胞中的Ikzf1和Ikzf2的mRNA水平不受此类处理的影响。总之，这些结果表明，外周血单个核细胞中IKZF1和IKZF2的mRNA水平的双重降低情况定位于CD4+细胞。这些改变可能在精神分裂症背景下针对该细胞类型的功能失调中发挥作用。

图二 Ikzf1和Ikzf2的双重下调在小鼠中模拟了多种精神分裂症样症状

尽管在精神分裂症患者中已鉴定出许多不同的差异表达基因（DEGs）和差异表达蛋白（DEPs），但它们中的大多数尚未得到明确表征。因此，作者旨在通过在小鼠中模拟这种双重降低情况来探究其相关性。为此，将Ikzf1杂合子小鼠与Ikzf2杂合子小鼠进行杂交，以培育出Ikzf1和Ikzf2两者均双重降低的双突变小鼠。由于成年（4 - 5月龄）的Ik±:He+/+和Ik+/+:He±小鼠与Ik+/+:He+/+小鼠相比仅表现出部分表型，此后作者仅聚焦于Ik+/+:He+/+和Ik±:He±这两种基因型（即野生型小鼠和双突变小鼠）。首先，两组小鼠的外观和体重并无差异，这表明Ik±:He±雄性和雌性小鼠处于正常健康状态。然后，为了评估作者的突变小鼠中潜在的精神分裂症样表型，进行了广泛的行为学特征分析旨在评估阳性、阴性和认知症状表现。关于阳性样表型，与匹配的Ik+/+:He+/+对照组相比，Ik±:He±雌性小鼠和Ik±:He±雄性小鼠在旷场实验范式中表现出基础活动量/躁动性增加。此外，Ik±:He±雄性小鼠和雌性小鼠在旷场环境中对D-苯丙胺的敏感性均有所增加。

关于阴性样表型，观察到在三箱社交互动测试中，与对照组相比，Ik±:He±雄性小鼠和雌性小鼠均表现出社交能力方面持续的改变。最后，通过对小鼠组进行新物体识别测试（NORT）来评估其认知。首先，与Ik+/+:He+/+对照组相比，Ik±:He±雌性小鼠无法区分新物体和旧物体。同样，Ik+/+:He+/+雄性小鼠表现出对新物体的偏好，而Ik±:He±雄性小鼠则没有，这表明Ik±:He±雄性和雌性小鼠均存在认知缺陷。接下来对Ik+/+:He+/+和Ik±:He±小鼠海马CA1区锥体神经元、背侧纹状体的中等多棘神经元（MSNs）以及内侧前额叶皮质（mPFC）第五层的锥体神经元的树突棘密度进行了量化。首先，发现与各自的Ik+/+:He+/+对照组相比，Ik±:He±雄性小鼠和Ik±:He±雌性小鼠的中等多棘神经元的树突棘密度均显著降低。相反，CA1区锥体神经元树突棘密度的改变仅在Ik±:He±雄性小鼠中观察到，在Ik±:He±雌性小鼠中则未观察到。最后，关于内侧前额叶皮质锥体神经元的树突棘密度，在任何情况下均未观察到变化。总之，双突变Ik±:He±小鼠模拟了在精神分裂症患者及相关模型中也能观察到的小鼠的若干特征。

好用的三箱社交实验束缚笼

图三 精神分裂症患者外周血单核细胞中IKZF1和IKZF2 mRNA水平调节原代小鼠海马神经元的神经元结构可塑性

精神分裂症模型Ik +:He +组和Ik -:He -组的分泌蛋白组彼此之间呈现出不同的分子图谱，而且与对照组相比也存在差异。接下来，旨在评估这些变化是否会对神经元功能产生一定影响。首先汇集了每组的分泌蛋白组，所有这三组（对照组、精神分裂症模型Ik +:He +组、Ik -:He -组）的蛋白质浓度均为2064微克/微升。然后，将来自对照组分泌蛋白组的两种不同稀释液（1:1和1:10稀释）在体外培养第7天添加到小鼠海马原代神经元中。处理24小时后，1:1稀释液本身会诱导神经元变性，而与另外两个对照相比，1:10稀释液则不会影响神经元形态。因此，鉴于其对神经元存活的安全性，此后在使用这三组分泌蛋白组进行后续实验时，采用了1:10的浓度。接下来，通过在体外培养第7天（DIV7）用这些分泌蛋白组处理神经元，来评估它们对神经元分支的影响。虽然对照组和精神分裂症模型Ik +:He +组的分泌蛋白组未对神经元形态产生显著变化，但精神分裂症模型Ik -:He -组的分泌蛋白组却导致神经元树突复杂性大幅降低。为了进一步深入探究这些影响，随后重复了该实验，但这次是在体外培养第20天将三组（对照组、精神分裂症模型Ik +:He +组、Ik -:He -组）的分泌蛋白组添加到原代海马神经元培养物中。然后，24小时后，对这些培养物中PSD-95阳性簇（作为兴奋性突触后标记物）的数量进行了量化。对照组相比，用精神分裂症模型Ik -:He -组分泌蛋白组处理的原代培养物中PSD - 95阳性簇数量明显减少，而用精神分裂症模型Ik +:He +组分泌蛋白组处理的原代培养物中则未出现这种情况。精神分裂症模型Ik -:He -组外周血单个核细胞分泌蛋白组所呈现出的不同分子图谱，很可能是造成其对结构突触可塑性产生这些特定影响的原因。

图四 精神分裂症患者体内外周血单核细胞中IKZF1和IKZF2这两种基因的表达水平与精神分裂症样症状之间存在关联

作者在原代神经元培养物以及小鼠神经网络中的观察结果表明，神经网络可能会受到精神分裂症患者外周血单个核细胞（PBMC）分泌蛋白组中异常分子图谱的影响。而且，研究结果显示，IKZF1和IKZF2的mRNA水平会调节此类损伤的严重程度。作者利用表达Egr1-CreERT2和R26RCE的双突变小鼠，使用微型渗透泵以每天2.5微升的输注速率向这些转基因小鼠的侧脑室持续脑室内输注来自对照组、精神分裂症模型Ik +:He +组以及Ik -:He -组的汇集分泌蛋白组，持续25天。在治疗的第5天至第19天，对这些小鼠进行了广泛的行为学特征分析，以评估精神分裂症样表型的三个维度。与对照组相比，精神分裂症模型Ik +:He +组和Ik -:He -组在旷场中的躁动情况均未出现变化。相反，在三箱社交互动测试中，与对照组相比，精神分裂症模型Ik +:He +组和Ik -:He -组均表现出明显且同等程度的社交能力下降。最后，在新物体识别测试中，与对照组相比，精神分裂症模型Ik -:He -组在新物体识别记忆方面表现出特定的改变。尽管精神分裂症模型Ik +:He +组和Ik -:He -组均表现出依赖Egr1激活的细胞群存在明显的异常激活情况，但只有接受Ik -:He -组分泌蛋白组处理的小鼠出现了明显的增加。由于人类分泌蛋白组有可能激活神经炎症过程，对小鼠同一海马体CA1区辐射层内的星形胶质细胞和小胶质细胞的几个形态学参数进行了评估。虽然来自精神分裂症患者的人类分泌蛋白组并未改变海马体星形胶质细胞和小胶质细胞的总体数量，但它们诱导了形态学变化。这些研究结果表明，来自患者的人类分泌蛋白组会在小鼠中诱导出精神分裂症样表型，并且外周血单个核细胞中的IKZF1和IKZF2水平会以一种特定的方式调节分泌蛋白组的构成，这种方式很可能通过降低小白蛋白中间神经元的功能，进而影响海马体激活的神经细胞群，最终损害结构可塑性以及相关的认知能力。

综上所述，精神分裂症患者免疫细胞中IKZF1-IKZF2串联结构的改变可对相关表型起到调控作用。IKZF1和IKZF2基因在免疫细胞中的协同变化不仅反映了精神分裂症的病理机制，还特别影响了患者的认知表现。这为理解精神分裂症的免疫学基础及其认知障碍提供了新的视角，并可能指导未来治疗策略的发展。

文章来源

https://doi.org/10.1186/s12974-024-03320-3

扫码光顾脑声小店，实验少走弯路