抑郁癥和癡呆癥分別是年輕人和老年人最常見的兩種腦部疾病。值得一提的是，這兩種疾病有許多相似的病理特征，包括神經發生減少、細胞凋亡增加和活性氧增加，而且它們都伴有慢性神經炎癥。雖然多項臨床研究表明，抑郁癥與阿爾茨海默病（AD）的發病呈正相關，但抑郁癥促進阿爾茨海默病的細胞和分子機制仍不清楚。

鈣穩態調節蛋白（CALHM）是一種電壓門控鈣離子通道，也是主要的ATP釋放通道。近期的研究表明，CALHM家族蛋白在維持哺乳動物的生理功能方面發揮著重要作用，而其功能缺陷會導致神經系統疾病，包括阿爾茨海默病和抑郁癥。之前的研究發現，Calhm2蛋白的水平在AD小鼠模型中顯著升高；星形膠質細胞中Calhm2的缺失會誘發小鼠抑郁樣行為。這些結果提示，CALHM家族蛋白在抑郁癥和阿爾茨海默病的發病過程中起著關鍵作用。

近日，軍事醫學研究院袁增強課題組在神經科學領域頂刊《Alzheimers & Dementia》雜志上發表論文，表明CALHM2 V136G突變通過破壞星形膠質細胞的ATP釋放而參與了抑郁癥和阿爾茨海默病的發生，為抑郁癥和癡呆相關疾病的治療提出了一種潛在的策略。
 

圖片來源：《Alzheimers & Dementia》
（https://doi.org/10.1002/alz.13366）

研究材料與方法
這項研究招募了932例AD患者和1350例匹配對照，并開展了基因分型分析。為了研究CALHM2的功能，研究人員委托賽業生物構建了Calhm2 V136G基因敲入小鼠，并檢測小鼠大腦組織的ATP釋放和海馬體的神經可塑性。之后，他們還開展了一系列小鼠行為學實驗，包括強迫游泳實驗、懸尾實驗、糖水偏好實驗、莫里斯水迷宮實驗和新物體識別實驗等。

技術路線
01通過基因分型分析發現CALHM2中的SNP rs232660與AD顯著相關
02Calhm2 V136G突變破壞ATP釋放通道，導致大腦中星形膠質細胞的ATP釋放減少
03Calhm2 V136G小鼠的神經元功能受損，出現類似抑郁的行為，而補充ATP可挽救突變小鼠的抑郁行為表型
04Calhm2 V136G小鼠在年老后出現類似癡呆的表型

研究結果
1.CALHM2 V136G突變與AD相關
之前的研究發現Calhm2在小鼠的抑郁和AD樣癥狀發生中起重要作用。為了確定CALHM2在人類疾病中的功能意義，研究人員對932例AD患者和1350例匹配對照開展了CALHM2基因分型。他們發現，CALHM2中的SNP rs232660與AD顯著相關。rs232660多態性位于CALHM2基因座的3號外顯子內，導致第136位氨基酸位點的纈氨酸被替換為甘氨酸（V136G）。

2.Calhm2 V136G突變破壞ATP釋放通道
考慮到CALHM2 V136G與AD的臨床相關性，研究人員接下來分析了這個突變如何影響CALHM2的生物學功能。他們推測，V136G突變可能會導致CALHM2蛋白的細胞外結構域（ECD）發生構象改變，更重要的是，ECD與S1-S2 linker直接接觸，這被認為是CALHM2通道門控功能的關鍵，因此，V136G誘導的ECD構象改變很可能會影響通道門控。他們用過表達WT-Calhm2或V136G-Calhm2的質粒轉染HEK293T細胞，發現在過表達WT-Calhm2的細胞培養基中，ATP水平顯著升高，而在過表達V136G-Calhm2的細胞中，ATP升高幾乎消失（圖1），表明V136G突變破壞了CALHM2蛋白的ATP釋放通道，大大影響了其功能。
 

Calhm2 V136G對ATP釋放的影響^[1]

同時，CALHM2的氨基酸序列（包括V136）在多個物種中高度保守，包括人類和小鼠。為了進一步研究該突變的功能，他們構建了Calhm2 V136G基因敲入小鼠（由賽業生物提供，圖1）。與WT小鼠相比，他們觀察到Calhm2 V136G小鼠星形膠質細胞的細胞外ATP水平顯著下降，表明Calhm2 V136G突變會減少大腦中星形膠質細胞的ATP釋放，這可能導致神經系統疾病的發生。

3.Calhm2 V136G小鼠表現出抑郁樣表型
為了研究Calhm2 V136G誘導的ATP減少對神經可塑性的影響，研究人員接下來對海馬體CA1區的樹突棘密度進行了分析。與WT小鼠相比，Calhm2 V136G小鼠的樹突棘密度急劇下降，且粗短狀（stubby）或蘑菇狀（mushroom）樹突棘明顯減少（圖2）。與樹突棘形態分析的結果相一致，Calhm2 V136G小鼠表現出明顯的海馬長期電位（LTP）缺陷。這些結果表明，Calhm2 V136G突變會損害神經元功能。
 

Calhm2 V136G突變破壞神經可塑性^[1]

之后，他們對2月齡的成年雄性小鼠開展了行為分析。與WT對照小鼠相比，Calhm2 V136G小鼠在強迫游泳實驗和懸尾實驗中的不動時間更長。同樣地，在糖水偏好實驗中，Calhm2 V136G小鼠的蔗糖偏好和攝入量也低于WT小鼠，說明Calhm2 V136G突變導致小鼠出現類似抑郁的行為。

研究人員接下來向小鼠腹腔注射ATP，看看ATP的補充是否可以挽救這些突變小鼠的抑郁行為表型。與注射生理鹽水的小鼠相比，注射ATP的Calhm2 V136G小鼠在強迫游泳實驗和懸尾實驗中的掙扎事件明顯延長，且對蔗糖的偏好和攝入明顯增加。此外，在Calhm2 V136G小鼠的雙側海馬中注射ATP后，這些突變小鼠在強迫游泳實驗和懸尾實驗中的不動時間顯著減少，證明了ATP的直接抗抑郁作用。由此可見，外源性ATP補充可以緩解Calhm2 V136G小鼠的抑郁樣行為。

4.Calhm2 V136G突變損害老年小鼠的認知功能
Calhm2 V136G小鼠既然會長期出現抑郁樣癥狀，那么在其年老之后是否會出現類似癡呆的表型？帶著這個問題，研究人員對中年（10月齡）和老年（18月齡）Calhm2 V136G小鼠進行了莫里斯水迷宮實驗。與年齡匹配的WT小鼠相比，10月齡的Calhm2 V136G小鼠未出現明顯的空間學習或記憶缺陷。然而，18月齡突變小鼠的上臺時間（逃逸潛伏期）更長（圖3），表明Calhm2 V136G小鼠在老年階段更容易出現認知能力下降。與此結果相一致，18月齡突變小鼠在新物體識別實驗中對新物體沒有表現出任何偏好。這些結果顯示，Calhm2 V136G突變會損害老年小鼠的認知功能，從而表明CALHM2是抑郁癥和癡呆癥之間的重要關聯。
 

Calhm2 V136G小鼠在年老時表現出認知缺陷^[1]

研究結論
研究人員此次發現，與正常人相比，AD患者中的CALHM2 SNP rs232660發生率明顯增加。SNP rs232660導致V136G替換，破壞星形膠質細胞和大腦組織中的ATP釋放，并分別誘發成年小鼠和老年小鼠的抑郁樣行為和認知能力下降。注射ATP可挽救Calhm2 V136G小鼠的抑郁樣表型。這些分析提供了強有力的證據，支持抑郁癥是癡呆癥的風險因素，并表明CALHM功能缺陷是這兩種疾病發生的共同促進因素。

原文檢索：
[1]Liao Y,Wang Y, TaoQ-Q, et al. CALHM2 V136G polymorphism reduces astrocytic ATP release and is associated with depressive symptoms and Alzheimer’s disease risk. Alzheimer’s Dement. 2023;1-14. https://doi.org/10.1002/alz.13366