文獻解讀：星形膠質細胞GPR30在雌性小鼠學習記憶中的關鍵作用
絕經期女性由于卵巢功能衰退、雌激素分泌不足會導致一系列神經內分泌失調癥狀，如植物神經功能紊亂、生殖系統萎縮等，還可能出現一些生理和心理方面的變化，包括學習記憶能力下降、睡眠障礙以及焦慮和抑郁等，這些癥狀又被統稱為更年期綜合征。
激素替代療法（Hormone replacement therapy, HRT）是血管舒縮、泌尿生殖道萎縮等更年期癥狀最有效的治療方法，但由于其明顯的副作用并不適用于絕經期女性學習和記憶能力下降的治療。
2023年9月15日，空軍軍醫大學劉水冰/招明高教授團隊在The Journal of Clinical Investigation雜志上發表題為PJA1 mediates the effects of astrocytic GPR30 on learning and memory in female mice的研究論文，該研究發現星形膠質細胞上表達的雌激素膜受體G蛋白偶聯受體30（G protein-coupled receptor 30）在雌性小鼠的學習和記憶能力中發揮關鍵作用，并確定GPR30/PJA1/Serpina3n是圍絕經期和絕經后女性學習和記憶減退的潛在治療靶點。
雌激素通過經典的雌激素受體ERα和ERβ，以及特異性膜受體GPR30（也被稱為G蛋白偶聯雌激素受體1；G protein-coupled estrogen receptor 1, GPER1）來影響認知功能。然而，長期使用雌激素會增加心血管疾病、血管栓塞性疾病、乳腺癌和子宮內膜癌的發病風險，其激活ERα和ERβ會促進幾種激素反應性癌癥的進展，尤其是乳腺癌。
因此，對于絕經期女性學習和記憶減退的治療，需要考慮尋找其它的有效治療靶點。有研究報道系統性激活GPR30可以增強動物的空間記憶和社會認知功能，但其機制仍不清楚。
在該研究中，作者利用卵巢切除（OVX）小鼠模型來模擬絕經女性卵巢功能喪失，并且觀察到激活GPR30能夠改善OVX小鼠的記憶缺陷。為了確定GPR30通過哪種細胞來調節動物的學習記憶功能，作者構建了全腦GPR30敲除（Δ3102），以及特異性敲除星形膠質細胞GPR30（astrocyte-specific GPR30 KO, AG-KO）和神經元GPR30（neuron-specific GPR30 KO, NG-KO）的小鼠，結果發現雌性小鼠大腦星形膠質細胞GPR30的缺失會誘導動物學習和記憶缺陷。并且，星形膠質細胞GPR30的缺失會導致雌性小鼠海馬星形膠質細胞的形態發生異常改變，并伴隨星形膠質細胞生理功能的改變和神經元可塑性受損。
此外，為了排除GPR30缺失對動物腦發育的影響，作者還進一步利用條件性基因表達病毒來急性敲除雌性小鼠海馬CA1區星形膠質細胞中的GPR30，結果表明CA1區星形膠質細胞GPR30的缺失會導致動物記憶功能受損和星形膠質細胞A1/A2表型失衡，誘導其向A1表型轉變。
注：A1表型星形膠質細胞中上調的基因會破壞突觸，因此A1表型星形膠質細胞被認為是有害的；相反，在A2表型星形膠質細胞中上調的基因包括許多具有保護作用的神經營養因子。
（星形膠質細胞形態的改變提示其生理活動的變化，作者在條件恐懼測試的訓練階段檢測了小鼠海馬CA1區星形膠質細胞的Ca2+信號，AG-KO雌性小鼠在受到足底電擊后的Ca2+信號強度明顯低于對照組，表明其功能受損。該實驗作者采用了瑞沃德公司生產的光纖記錄系統）
為了進一步闡明GPR30在星形膠質細胞功能中發揮作用的信號通路，作者利用高通量RNA-Seq對Δ3102, AG-KO和NG-KO雌性小鼠的海馬組織進行了檢測，一共鑒定出19個星形膠質細胞特有的差異表達基因。
其中作者重點研究了PJA1（一種E3泛素連接酶，與神經發育障礙有關），它在Δ3102和AG-KO小鼠中均顯著且穩定地下調。在GPR30急性敲除的雌性小鼠海馬中，過表達PJA1能夠恢復星形膠質細胞細胞形態，促進星形膠質細胞由A1向A2表型轉變，并且降低促炎細胞因子的水平，提示PJA1在雌性小鼠星形膠質細胞GPR30調控學習記憶的功能中起關鍵作用。
作者進一步在體外細胞實驗中證實，GPR30能夠通過CREB信號通路來正向調節星形膠質細胞中PJA1的表達，而PJA1則能夠與下游的神經炎癥相關分子Serpina3n（與認知密切相關）結合并對其進行降解。隨后作者通過對GPR30敲除的轉基因雌性小鼠海馬組織進行檢測，觀察到GPR30和PJA1能夠負向調節Serpina3n的水平，并且進一步發現在GPR30急性敲除的雌性小鼠海馬中敲低Serpina3n能夠挽救星形膠質細胞形態、促進星形膠質細胞由A1向A2表型轉變，并恢復動物的學習和記憶功能。
這些結果表明PJA1介導的Serpina3n降解受損會導致星形膠質細胞活化和促炎細胞因子釋放，從而損害雌性小鼠的突觸可塑性，影響學習和記憶。
此外，作者還檢測到絕經后女性血液外泌體中GPR30和PJA1的mRNA水平降低，而血漿中Serpina3n的水平升高。上述結果表明星形膠質細胞GPR30/PJA1/ Serpina3n信號通路在絕經期學習和記憶減退中起重要作用。
綜上，該研究強調了星形膠質細胞GPR30在雌性小鼠學習和記憶中的關鍵作用，研究結果闡明了星形膠質細胞中GPR30/PJA1/Serpina3n信號通路調節雌性小鼠學習記憶的細胞分子機制。這些關于GPR30參與認知機制的發現將有助于確定新的策略來治療圍絕經期和絕經后女性的學習和記憶缺陷。
研究方法亮點
這項工作中揭示了星形膠質細胞中GPR30/PJA1/Serpina3n信號通路調節雌性小鼠學習記憶的作用機制。研究用到了動物手術造模、藥理學、光纖記錄、電生理記錄、動物行為學評估、免疫熒光以及細胞分子檢測等實驗技術。
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此外，瑞沃德還可提供該研究所涉及的動物手術造模、藥理學、電生理記錄、動物行為學評估、免疫熒光以及細胞分子檢測等實驗技術完整解決方案。
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