大小鼠跑步机 | 运动通过下调GDF15表达来减轻慢性束缚应激诱发的抑郁模型中的神经炎症|gdf|神经元|神经炎症|细胞|跑步机

运动已被证明可以缓解抑郁症状并增强身体机能。然而，其抗抑郁作用的确切机制仍不完全清楚。在这项研究中，我们观察到跑步机运动可能通过调节促炎性生长分化因子15 (GDF15)-细胞外信号调节激酶 (ERK) 信号通路，在慢性束缚应激 (CRS) 小鼠模型中发挥抗抑郁作用。跑步机运动改善了CRS小鼠的认知行为并减轻了神经炎症。从机制上讲，跑步机运动可能通过抑制GDF15诱导的ERK激活来减轻神经炎症。因此，我们发现了跑步机运动是减轻抑郁症的一种新机制。GDF15-ERK通路的调节可能对抑郁症具有治疗意义。

1.跑步机运动可减轻CRS小鼠的抑郁样行为

首先建立CRS小鼠模型来研究运动的抗抑郁作用。我们设计了以下实验时间线（图1A）。对照组不接受任何治疗。CRS组使用定制装置连续14天每天限制6小时。跑步机运动的CRS（CT组）接受相同的约束方案，然后每天以12m/min的速度进行跑步机运动1小时。

实验建模完成后，进行高架十字迷宫（EPM）、悬尾试验（TST）、强迫游泳试验（FST）等行为学实验，测试结果表明，CT组表现出显著减少的不动时间（图1B），在FST中，CRS组相对于Ctrl组和CT组表现出长时间的不动（图1C）。在EPM中，各组之间没有观察到一般运动能力的差异（图1D），表明随后的焦虑相关测量不会因运动能力而混淆。与Ctrl组相比，CRS组的总移动距离显著减少（图1E），综合结果表明，跑步机运动降低了CRS小鼠的血浆皮质酮水平（图1），表明跑步机运动可以减轻CRS小鼠的抑郁样行为并使 HPA 轴功能障碍正常化。

2.跑步机运动通过抑制炎症反应减轻CRS相关的神经元损伤

为了进一步探讨运动的神经保护作用，我们评估了三个实验组的神经元完整性和炎症反应。尼氏染色显示CRS小鼠海马有大量神经元损伤，表现出尼氏体密度降低、细胞排列紊乱以及核固缩核（图2A）。同时，Iba1阳性细胞的免疫荧光分析表明，CRS诱导的小胶质细胞激活（图2B）。此外，利用高尔基染色分析了树突棘密度（图2C）。发现CRS降低了大脑中的总树突棘密度。跑步机锻炼将脊柱密度恢复到与Ctrl组相当的水平（图2D）。形态学分类进一步表明，跑步机运动干预增加了CRS暴露动物中两种脊柱亚型的密度，抵消了不同分类中压力引起的缺陷（图2C、E、F）。

跑步机运动还增加了CT组PBMC中TGF-β和IL10的表达。在海马组织中观察到类似的趋势，但未达到统计学显著性（图2I，J，M，N）。此外，海马组织的蛋白质印迹分析表明，CRS 小鼠中ERK1/2的磷酸化增加，跑步机运动可逆转这种效应（图2O）。这些结果表明，跑步机运动可改善 CRS 模型中的神经元损伤并抑制过度的神经炎症。

3.跑步机运动抑制CRS诱导的GDF15表达

之前的结果表明，运动可以减轻CRS小鼠的抑郁样行为并减少神经炎症。为了阐明潜在的分子机制，我们对Ctrl、CRS和CT组的PBMC进行了转录组测序分析（图3A）。可视化这些DEG分布的火山图如图3B所示。接下来我们在小鼠组织中进行免疫荧光染色证实，CRS组中GDF15表达升高，但跑步机运动（CT组）可减弱这种表达（图3C）。海马组织裂解物的蛋白质印迹分析证实了这些发现，CRS显著增加了GDF15蛋白水平，跑步机运动有效地使这种升高正常化（图3D、E）。

接下来，我们对DEG进行基因本体 (GO)功能富集分析。旨在确定与DEG显著相关的生物学功能和途径，从而阐明潜在的分子机制。GO富集分析揭示了与候选基因相关的主要生物学功能并在条形图中可视化（图3G）。分析表明特定的免疫相关DEG可能介导运动对 CRS小鼠抑郁样行为的改善作用。

4.GDF15通过激活ERK1/2通路促进神经炎症

为了研究GDF15在神经炎症中的作用，通过用LPS刺激小胶质细胞 (BV-2) 建立体外抑郁模型。首先用增加剂量的LPS处理BV-2细胞6小时，导致GDF15 表达上调（图4A）。重组小鼠GDF15 (rmGDF15) 蛋白以剂量依赖性作用增强 BV-2细胞中的ERK信号通路（图4B）。相反，使用shRNA敲低GDF15会降低BV-2细胞中ERK 1/2的磷酸化水平（图4C）。此外，rmGDF15可以进一步增强LPS诱导的ERK 1/2磷酸化（图4D）。表明GDF15和LPS在诱导ERK激活方面具有协同作用（图4E）。这些体外研究结果与我们的体内观察结果一致，证实了GDF15参与调节ERK信号传导。

这些体外研究结果支持GDF15在驱动神经炎症中的因果作用。 ERK通路在 GDF15 介导的神经炎症中发挥着关键作用。总之，这些数据表明运动可能通过抑制GDF15/ERK诱导的神经炎症来减轻抑郁样行为。