Cell: TRPC5缺失导致肥胖和产后抑郁

       人类的先天行为，如觅食、抚育后代、自我保护及社交，皆由基因所编码，对生存与繁衍至关重要。这些行为的启动与维持依赖于下丘脑神经元的精密调控。下丘脑神经元回路能够敏锐地感知体内外环境的变化，并从中选择最适宜的行为反应，赋予先天行为一定的可变性和可塑性。2024年7月，贝勒医学院徐勇教授团队联合剑桥大学I. Sadaf Farooq教授团队在Cell期刊上发表了题为Loss of transient receptor potential channel 5 causes obesity and postpartum depression的文章，揭示了下丘脑中的TRPC5在调控人类生存必需的先天行为中发挥着关键作用。

       瞬时受体电位（TRP）蛋白是一类非选择性阳离子通道，可将感官刺激转化为大脑可解读的电信号。瞬时受体电位通道5（TRPC5）是TRP通道蛋白家族成员之一。前期研究证明，TRPC5在下丘脑阿黑皮素原（POMC）神经元中表达，并能被瘦素、胰岛素和血清素激活，参与机体能量平衡的调控[1,2]。研究还发现，在大脑和POMC神经元中特异性敲除Trpc5会导致小鼠摄食增加、能量消耗减少，进而引发肥胖[3]。

1. 人类TRPC5缺失引起肥胖、焦虑和适应不良

       首先，研究者在两个患有严重肥胖症的男孩身上发现了Xq23染色体上TRPC5基因的微缺失，这两个男孩分别来自两个无血缘关系的家庭，并且已排除了所有已知的肥胖遗传因素（图1A）。这两位先证者的母亲和兄弟同样患有肥胖症，且均携带TRPC5基因的缺失（图1B），而两家的父亲则未表现出肥胖症。这一发现提示TRPC5基因的缺失可能与一种X连锁显性肥胖综合征相关联。此外，两位先证者还患有严重的自闭症与焦虑症，而他们的母亲除焦虑症外，还罹患严重的产后抑郁症。

       接着，研究者通过对984名严重肥胖症患者进行外显子测序，发现编码TRPC5基因的片段存在7个罕见的突变（图1C）。作者通过在HEK293细胞中转染带有突变的TRPC5，发现K34del和S884突变造成的TRPC5功能缺失最为严重（图1D）。通过放线菌酮追踪实验，研究者发现带有K34del和S884突变的蛋白降解速度明显加快（图1E）。带有K34del突变的细胞膜表达水平降低，而携带其他突变体的细胞膜表达水平正常（图1F）。在电生理实验中，作者发现表达野生型TRPC5的HEK293细胞能够产生强烈的内向电流，而表达携带TRPC5突变体的细胞内向电流显著减弱。以上实验证明，这些罕见突变体能够引起TRPC5的功能缺失（图1G）。

图1 人类TRPC5缺失突变导致肥胖、焦虑和产后抑郁

2. TRPC5突变敲入雄性小鼠出现肥胖、焦虑和社交能力下降

为了确定TRPC5功能缺失是否会导致肥胖等表型，研究者构建了一个人类功能缺失TRPC5基因突变的敲入（Trpc5^K34del/Y）小鼠模型。研究发现，相比于野生型（WT）小鼠，Trpc5^K34del/Y雄性小鼠在高脂喂养下，摄食量、体重和体脂均显著增加（图2A-C）。此外，Trpc5^K34del/Y小鼠的活动量没有变化，但能量消耗显著降低（图2D-E）。研究者还发现，Trpc5^K34del/Y小鼠在28度的环境温度下表现出更强的囤积食物行为（图2F-G）。

在矿场实验中，Trpc5^K34del/Y小鼠表现出明显的焦虑样行为，其运动距离、进入中心的次数和时间以及站立时间显著减少（图2H）。除此之外，Trpc5^K34del/Y小鼠在禁食状态下的清醒时间增加（图2I）。在三箱社交实验中，相比WT小鼠，Trpc5^K34del/Y小鼠的与另一只小鼠的互动减少,社交能力降低（图2J-K）。在居住者入侵实验中，Trpc5^K34del/Y小鼠攻击潜伏期缩短，攻击次数和持续时间增加（图2L-N）。

以上实验说明，在雄性小鼠中，Trpc5的人类功能缺失突变会导致肥胖、焦虑、社交能力降低和攻击行为增加。

图2 Trpc5缺失突变敲入雄性小鼠出现代谢和行为缺陷

3. Trpc5 缺失导致雌性小鼠产后抑郁和母性行为异常

相比WT小鼠，雌性Trpc5 缺失突变敲入（Trpc5^K34del/+）小鼠在高脂喂养下摄食量、体重和体脂量均显著增加（图3A-C），并且在28度的环境温度下展现出更强的食物囤积行为（图3D-E）。当环境温度从24度升高至28度时，两组小鼠的能量消耗均有所减少，且Trpc5^K34del/+小鼠活动量显著低于WT小鼠（图3F-G）。此外，WT小鼠的呼吸交换率在温度升高时显著增加，而Trpc5^K34del/+小鼠的呼吸交换率在温度变化下没有明显变化，且始终低于WT小鼠（图3H）。以上实验说明，Trpc5缺失突变削弱了小鼠对环境温度变化的适应能力。

研究者接着探究了雌性小鼠在产后的行为学的变化。结果显示，Trpc5^K34del/+小鼠表现出明显的产后行为异常：它们丢弃仔鼠的行为增加，母性行为（包括蹲伏、理毛、筑巢和衔回幼崽等）显著减少（图3J-O）。研究者接着在矿场中检测了母鼠衔回幼崽的行为，结果显示Trpc5^K34del/+小鼠衔回幼崽的潜伏期增加，衔回幼崽的总数和舔舐幼崽的次数均减少（图3P-Q）。研究还发现，Trpc5^K34del/+小鼠哺乳期间的催乳素分泌严重受损（图3R）。在断奶后，Trpc5^K34del/+小鼠强迫游泳不动时间增加，糖水偏好率下降（图3S-T）。以上实验说明，Trpc5缺失突变在引起小鼠母性行为受损的同时，还会引发产后抑郁。

图3 Trpc5缺失突变敲入雌性小鼠出现代谢和行为缺陷

4. Trpc5通过调控下丘脑 POMC 影响摄食

在下丘脑弓状核内，研究者发现91%的阿黑皮素原（POMC）神经元共表达Trpc5（图4A）。前期研究表明，在POMC神经元中特异性敲除Trpc5会导致过度摄食和肥胖。在本研究中，研究者进一步发现，给予BTD（一种Trpc5激动剂）能够抑制WT小鼠摄食，并增强POMC神经元的活性（图4B-D）；然而，当对POMC神经元进行化学失活后，BTD所引发的摄食抑制作用明显减弱(图4E-F)。研究还证实，Trpc5功能缺失突变减弱了BTD的摄食抑制作用和POMC激活效应（图4G-H）。同时，研究者发现，BTD能够使WT雌鼠在高脂喂养的情况下摄食量减少，体重降低；然而，BTD并不能够使Trpc5^K34del/+雌鼠的摄食量和体重发生明显改变（图4I-K）。这些研究结果表明，Trpc5的功能缺失突变削弱了POMC神经元介导的摄食抑制作用。

图4 Trpc5缺失会削弱Pomc神经元介导的摄食抑制

5. 敲除OXT神经元Trpc5基因可导致肥胖

研究者发现，下丘脑室旁核（PVH）中存在大量的Trpc5表达，并且与34%的缩宫素（OXT）神经元共定位（图5A）。进一步的研究表明，在OXT神经元中敲除Trpc5后,小鼠的摄食量、体重、体脂和肌肉量均明显增加 (图5B-D)。代谢笼实验显示，OXT神经元Trpc5敲除（Trpc5^f/Y/OXT-Cre）小鼠的摄食量增加，活动量减少，但能量消耗（将体重作为协变量）保持不变（图5E-G）；这表明Trpc5缺失导致的食欲亢进是小鼠肥胖的主要驱动因素。这些结果表明，除POMC神经元外，Trpc5还可通过OXT神经元来调节摄食和体重。

图5 敲除OXT神经元 Trpc5 基因可导致肥胖

6. Trpc5 通过调控OXT神经元影响情绪

研究者接着对Trpc5^f/Y/OXT-Cre小鼠进行了行为学测试。在矿场实验中，Trpc5^f/Y/OXT-Cre小鼠表现出明显的焦虑样行为，其运动距离、进入中心的次数和时间以及在旷场中的站立时间均减少（图6A-B）。在三箱社交实验中，Trpc5^f/Y/OXT-Cre小鼠互动时间减少，社交能力显著下降（图6C）。

哺乳期间，在OXT神经元敲除Trpc5（Trpc5^f/+/OXT-Cre）的雌鼠衔回幼崽和母性照料行为显著受损（图6D-H）。断奶后，雌鼠强迫游泳时的不动时间增加，糖水偏好率下降，表现出明显的抑郁样行为和快感缺失（图6I-J）。

以上实验结果说明，从OXT神经元中敲除Trpc5可导致小鼠焦虑、社交能力下降、母性行为受损和产后抑郁。

图6 敲除OXT神经元 Trpc5 基因可导致产后抑郁

7. 在下丘脑恢复Trpc5 可挽救突变小鼠的代谢和行为缺陷

为了研究 Trpc5 在下丘脑OXT 神经元中的作用，研究者构建了一种携带 WT Trpc5 的腺病毒载体（AAV-DIO-Trpc5），使Trpc5^K34del/OXT-Cre 小鼠的OXT 神经元选择性地过表达功能性Trpc5 （图7A）。研究者发现，雄性小鼠在恢复Trpc5表达后体重增长减缓，摄食减少（图7B-E）；焦虑样行为和社交行为得到改善（图7F-I）。而雌性小鼠在恢复表达Trpc5后，哺乳期衔回幼崽和照料幼崽的行为显著改善（图7J-O）；产后抑郁样行为亦得到改善（图7P-Q）。

图7 在OXT神经元恢复表达Trpc5可逆转突变小鼠的代谢和行为表型

该研究工作主要证实了人类TRPC5缺失会导致肥胖、焦虑、自闭和产后抑郁，并且这些表型可以在携带人类 TRPC5 功能缺失突变的小鼠中再现。此外，研究还发现TRPC5主要通过作用于下丘脑的POMC和缩宫素神经元来调节包括进食、焦虑、社交和母性关怀等在内的先天行为。这些结果表明，下丘脑中的TRPC5可能是治疗肥胖症和产后抑郁症的一个重要靶点。然而，TRPC5调节进食和情绪等先天行为的具体分子机制仍需进一步研究。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.06.001

小编：吴佳颖