甲基含量差异食物对应激致小鼠焦虑、抑郁样行为的影响及m6A甲基化修饰在其中的作用

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目的:遗传素质与环境因素的交互作用可以用来解释应激相关性精神疾病,包括抑郁症,焦虑症,创伤后应激障碍等的发病机制。生命中不同时期的应激包括成年后慢性应激和生命早期应激均对个体产生不良影响,易引发焦虑、抑郁等精神症状。饮食偏好与焦虑、抑郁症状的发生相关,调整膳食营养可能改善焦虑及抑郁的症状。本研究拟采用小鼠成年期慢性不可预知温和性应激模型(chronic unpredictable mild stress,CUMS)和生命早期母婴分离模型(maternal separation,MS),在生命的不同时期,探讨甲基供体差异食物对环境应激所致小鼠成年期焦虑、抑郁样行为的影响,并探索m6A甲基化修饰与应激致小鼠焦虑、抑郁样行为的关系,为今后深入研究膳食营养对抑郁症的调节作用提供新思路,为今后深入研究RNA甲基化与抑郁症的关系奠定基础。方法:1.实验动物模型建立:(1)CUMS模型:对7—8周龄雄性C57BL/6J成年小鼠实施连续6周的不可预知温和性应激,构建CUMS模型,根据喂养食物中甲基含量的不同随机分为6组:慢性应激+正常食物组(CUMS+N),慢性应激+高甲基食物组(CUMS+H),慢性应激+低甲基食物组(CUMS+L),对照+正常食物组(CON+N),对照+高甲基食物组(CON+H),对照+低甲基食物组(CON+L)。所有慢性应激组进行应激干预,同时每日不间断地提供对应甲基含量的鼠粮,对照组除同样不间断喂食相应甲基含量鼠粮,正常饮水,定期清洁鼠笼外,不进行任何应激刺激。(2)MS模型,子鼠出生后第2-14天,每日与母鼠分离4个小时,21天后根据食物中甲基含量的不同随机分为4组:母婴分离+正常食物组(MS+N),母婴分离+高甲基食物组(MS+H),对照+正常食物组(N+N),对照+高甲基食物组(N+H)。各组小鼠除喂养的食物甲基含量不同外,其余的生活条件均相同,至小鼠成年期(70天)结束。2.行为学实验:实验中每周进行小鼠体重的测定;实验结束后采用糖水偏好实验、旷场实验、高架十字迷宫实验、强迫游泳实验等评估小鼠的焦虑、抑郁样行为。3.采用蛋白质免疫印迹(Western Blot,WB)方法检测小鼠大脑海马组织m6A甲基化相关的酶蛋白METTL3、FTO、ALKBH5的表达水平;同时检测通路蛋白PI3K,AKT,mTOR的表达水平。4.通过实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)检测通路中PI3K、AKT、mTOR等基因mRNA的表达水平。5.采用RNA甲基化免疫共沉淀联合实时荧光定量聚合酶链式反应(MeRIP-qPCR)方法检测CUMS实验各组小鼠大脑海马组织PI3K基因mRNA的m6A甲基化水平。结果:1、在前期CUMS实验中发现,小鼠在成年期经历慢性应激会导致其出现明显的焦虑、抑郁样行为。慢性应激组与正常对照组小鼠比较,同时点的体重值均较低(P<0.05),并且体重无明显增长趋势。而低甲基食物组不论是否接受应激,体重均有下降趋势,并且同时点比较,应激与非应激组之间无明显差异(P>0.05)。6周CUMS后,应激导致小鼠糖水偏好指数显著降低(P<0.05);明显减少了小鼠在旷场中心区域的停留时间(P<0.05);高架十字迷宫实验中小鼠进入开放臂停留时间显著缩短(P<0.05);强迫游泳实验的不动时间显著增加(P<0.05)。在应激情况下,高甲基食物相对于正常食物逆转了上述小鼠行为学的改变,对小鼠在慢性应激后出现的焦虑、抑郁样行为起到了保护作用。同时,本研究并未发现低甲基食物会加重应激所致小鼠的焦虑、抑郁样行为。我们发现应激后小鼠的大脑海马组织m6A甲基转移酶METTL3,去甲基化酶FTO及ALKBH5蛋白的表达水平均有明显的降低(P<0.05),并且高甲基食物相比正常食物提高了 METTL3蛋白的表达水平(P<0.05),降低了 FTO和ALKBH5蛋白的表达水平(P<0.05),促使RNA甲基化过程朝向转甲基方向改变。PI3K基因mRNA的m6A甲基化水平检测结果发现,应激导致了 PI3K基因mRNA的m6A甲基化水平下调(P<0.05),高甲基食物相比正常食物提高了应激后小鼠PI3K基因mRNA的m6A甲基化水平(P<0.05)。同时,慢性应激导致了 PI3K-AKT-mTOR通路中的PI3K、AKT、mTOR基因的mRNA和蛋白表达水平下降(P<0.05)。应激后,高甲基食物相比正常食物提高了 PI3K、AKT、mTOR基因的mRNA和蛋白的表达水平(P<0.05),激活了该信号通路。2.我们在小鼠MS模型中,再次验证生命早期应激后,高甲基食物对应激小鼠成年后焦虑、抑郁样行为的影响及m6A甲基化的作用。研究结果发现,母婴分离应激导致小鼠成年后出现明显的焦虑、抑郁样行为。各组小鼠体重均随时间逐渐增加,至第九周后体重数值趋于稳定。不论是否经历母婴分离,从第四周开始,高甲基食物喂养的小鼠体重均小于同时点正常食物喂养的小鼠体重(P<0.05),至第九周后两种食物之间对体重的影响差异没有统计学意义(P>0.05)。小鼠成年后行为学测试发现,各组小鼠糖水偏好指数和在旷场中心区域的停留时间之间无明显差异(P>0.05);经历母婴分离的小鼠成年后,在高架十字迷宫实验中进入开放臂停留的时间显著缩短(P<0.05);强迫游泳实验中的不动时间显著增加(P<0.05)。母婴分离组中,高甲基食物相对于正常食物可以增加小鼠在高架十字迷宫实验中进入开放臂的时间(P<0.05);减少强迫游泳实验中小鼠的不动时间(P<0.05),说明高甲基食物减少了母婴分离所致小鼠成年期的焦虑、抑郁样行为。并且,我们也发现高甲基食物提高了母婴分离小鼠成年后大脑海马组织METTL3蛋白的表达水平(P<0.05),降低了 FTO和ALKBH5蛋白的表达水平(P<0.05),可能影响RNA甲基化过程向转甲基方向改变。母婴分离应激亦导致了 PI3K-AKT-mTOR通路中的PI3K、AKT、mTOR等基因的mRNA和蛋白表达水平的下降(P<0.05)。应激后,高甲基食物提高了小鼠成年期大脑海马组织PI3K、AKT、mTOR等基因的mRNA和蛋白的表达水平(P<0.05)。结论:本研究结果表明,高甲基食物能够减轻小鼠成年期慢性应激或生命早期母婴分离应激所致成年小鼠的焦虑、抑郁样行为。高甲基食物可能通过调节m6A甲基化相关酶蛋白的表达水平,促进RNA甲基化过程朝甲基化方向改变,通过提高关键基因PI3K的mRNA甲基化水平,从而激活了 PI3K-AKT-mTOR信号通路,进一步起到改善应激致小鼠焦虑、抑郁样行为的作用。因此,m6A甲基化调控可能是高甲基食物抗焦虑、抗抑郁作用的潜在调节机制。
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