【原】木犀草素對(duì)CDKL5缺陷小鼠的大腦發(fā)育和行為表現(xiàn)的治療作用

腦聲常談 2022-08-22 發(fā)布于上海

展開(kāi)全文

CDKL5缺乏癥（CDD）是一種由定位于X染色體的CDKL5基因突變引起的罕見(jiàn)且嚴(yán)重的神經(jīng)發(fā)育疾病，其特征是早發(fā)性癲癇、智力殘疾和自閉樣行為。雖然藥物治療在CDD小鼠模型中已顯示出前景，但其臨床應(yīng)用的安全性和有效性的仍被質(zhì)疑。

木犀草素（Luteolin）是一種天然類(lèi)黃酮，由于其親脂性，能夠自由穿透血腦屏障，其對(duì)幾種腦疾病小鼠模型具有治療作用。此外，在含有木犀草素的膳食補(bǔ)充劑的臨床試驗(yàn)中證明了其安全性以及對(duì)ASD行為癥狀改善的有效性。

歡迎關(guān)注

動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)

添加小編微信

18917988366

-動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)儀器咨詢-

在此背景下，2022年8月5日，意大利博洛尼亞大學(xué)神經(jīng)運(yùn)動(dòng)科學(xué)系Elisabetta Ciani 和 Stefania Trazzi課題組在International Journal of Molecular Sciences上發(fā)表了題為Luteolin Treatment Ameliorates Brain Development and Behavioral Performance in a Mouse Model of CDKL5 Deficiency Disorder的研究型論文，揭示了另一種抗CDD藥物——木犀草素對(duì)CDKL5缺陷小鼠的大腦發(fā)育和行為表現(xiàn)的治療作用。

由于過(guò)去研究發(fā)現(xiàn)木犀草素可以逆轉(zhuǎn)小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活躍，而小膠質(zhì)細(xì)胞的活動(dòng)與個(gè)體行為密切相關(guān)。課題組由此對(duì)所構(gòu)建的Cdkl5 KO雄性小鼠進(jìn)行了行為學(xué)測(cè)試評(píng)估其表型。在后肢抱緊實(shí)驗(yàn)（hind-limb clasping test）中，Cdkl5 KO鼠在懸尾過(guò)程中肢體向內(nèi)收縮的時(shí)間顯著增加，即活動(dòng)表型異常。曠場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示Cdkl5 KO鼠在探索過(guò)程中的垂直跳躍次數(shù)和移動(dòng)距離和移動(dòng)速度顯著增加，表現(xiàn)出焦慮樣癥狀。而在被動(dòng)回避(passive avoidance)測(cè)試中，Cdkl5 KO鼠重新進(jìn)入通電暗室的延遲減少，暗示其恐懼記憶功能受損。而木犀草素可緩解或逆轉(zhuǎn)Cdkl5 KO鼠上述的行為學(xué)異常。

圖1|后肢抱緊和曠場(chǎng)測(cè)試結(jié)果分析

隨后，課題組通過(guò)免疫染色發(fā)現(xiàn)木犀草素可使Cdkl5 KO鼠海馬齒狀回（DG）的Ki67, BrdU,和DCX陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)顯著增加，表明其可以促進(jìn)海馬腦區(qū)的神經(jīng)發(fā)生，而Hoechst染色信號(hào)的上調(diào)則表明木犀草素也可以恢復(fù)DG區(qū)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。為了確定抑制小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活對(duì)新生顆粒細(xì)胞樹(shù)突發(fā)育的影響，課題組對(duì)DCX+細(xì)胞的樹(shù)突染色，并發(fā)現(xiàn)Cdkl5的缺失會(huì)導(dǎo)致小鼠齒狀回新生細(xì)胞的樹(shù)突萎縮，而木犀草素可在一定程度上緩解此癥狀。

先前研究表明，Cdkl5 KO小鼠的海馬和皮質(zhì)錐體神經(jīng)元存在嚴(yán)重的細(xì)胞樹(shù)突異常。課題組由此通過(guò)高爾基染色發(fā)現(xiàn)Cdkl5+/-小鼠海馬和皮層椎體神經(jīng)元的樹(shù)突總長(zhǎng)度降低，分支數(shù)減少。而木犀草素可以顯著緩解此缺陷。

圖2|高爾基染色結(jié)果

課題組接著對(duì)樹(shù)突棘進(jìn)行染色，并發(fā)現(xiàn)Cdkl5+/-小鼠海馬CA1腦區(qū)和皮層的成熟樹(shù)突棘數(shù)量顯著減少，且海馬PSD-95陽(yáng)性信號(hào)下調(diào)，證明其樹(shù)突棘和突觸形成缺陷，而木犀草素同樣可以逆轉(zhuǎn)這些缺陷，促進(jìn)樹(shù)突棘的成熟。

BDNF/TrkB信號(hào)激活了幾種細(xì)胞內(nèi)通路，這些通路在神經(jīng)元分化、樹(shù)突形態(tài)發(fā)生、神經(jīng)保護(hù)和突觸相互作用的調(diào)節(jié)中起著重要作用，對(duì)認(rèn)知和記憶至關(guān)重要。其中，TrkB磷酸化導(dǎo)致磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶/Erk激活。

因此，課題組通過(guò)WB實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了相關(guān)信號(hào)分子表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)Cdkl5+/-小鼠感覺(jué)皮層P-TrkB、P-Erk 和P-Akt水平顯著下調(diào)，而木犀草素可短暫上調(diào)它們的表達(dá)水平，當(dāng)給藥超過(guò)20天時(shí)，將失去對(duì)上述磷酸化分子的上調(diào)效果。

圖3|WB結(jié)果（局部）

總的來(lái)說(shuō)，本文主要通過(guò)分子學(xué)、形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合行為學(xué)測(cè)試，證明木犀草素通過(guò)恢復(fù)小膠質(zhì)細(xì)胞活動(dòng)和短暫增強(qiáng)BDNF/TrkB信號(hào)來(lái)改善甚至恢復(fù)了Cdkl5 KO小鼠的海馬神經(jīng)發(fā)生、海馬和皮質(zhì)錐體神經(jīng)元的樹(shù)突長(zhǎng)度和分支，以及樹(shù)突棘的成熟，從而改善Cdkl5 KO小鼠的焦慮和記憶障礙等行為缺陷。該研究表明木犀草堿可以作為一種有效且無(wú)害的輔助治療藥物，以改善受CDD影響的患者的大腦功能。