Mol Psychiatry：血清素对人类 iPSC 衍生神经细胞功能的影响

抑郁症是一种严重的精神障碍，极大地影响了患者的生活质量。关于抑郁症起源的最早理论与大脑中的单胺缺乏有关，并提出血清素在疾病病因中起着特别重要的作用。单胺理论认为，抑郁症是由血清素活性受损引起的，导致针对血清素水平的抗抑郁药的发展。然而，它们有限的疗效表明病因更复杂。

最近的研究强调线粒体是抑郁症病理生理学的关键参与者。越来越多的证据表明，线粒体功能障碍与重度抑郁症（MDD）显著相关，强调了其在抑郁症中的关键作用。

为了探索血清素与线粒体的联系，作者调查了慢性血清素治疗对健康对照和两名案例研究患者的诱导多能干细胞来源的星形胶质细胞和神经元的影响。人成纤维细胞是从患者和健康年龄和性别匹配的对照中获得的，并按照参考文献所述进行培养。一名是抗抑郁药无反应的MDD（“Non-R”）患者，另一名患有非遗传性线粒体疾病（“Mito”）。

作者使用了游离型方案将成纤维细胞重编程为iPSC，根据单层培养方案将iPSC分化为神经祖细胞（NPC）。第5-12代的NPC被分化为皮质样神经元21天。从分化的第 30 天到第 60 天使用星形胶质细胞。将5-羟色胺盐酸盐（Sigma）重悬于水中至储备浓度为100mM并无菌过滤。随后进行了RNA分离、逆转录和定量实时RT-PCR、线粒体呼吸分析、免疫荧光染色，ATP含量的发光测定、活细胞成像实验、全细胞膜片钳记录电生理学。

最后使用GraphPad软件进行统计分析。对于所有实验，平均了三个技术重复和三个生物学重复的平均值。技术重复是指在同一样品上多次重复相同的实验程序。生物重复是指独立的样本。使用ROUT方法检测并消除统计异常值。海马测量成对进行，并使用混合效应分析单因素方差分析。使用单因素方差分析分析成像、ATP 测定和膜片钳实验，无需匹配。qPCR实验数据采用非配对t检验和Welch校正进行分析。

图1：mRNA在星形胶质细胞和神经元中的表达

结果显示，血清素改变了神经元中与线粒体功能和动力学相关的基因的表达，并对星形胶质细胞的钙稳态具有均衡作用，而ATP水平似乎增加。血清素显着降低神经元中的胞质和线粒体钙。

图2：血清素对星形胶质细胞线粒体生物能量学的影响

电生理学测量证明，血清素使静息膜电位去极化，增加钠和钾电流密度，并最终改善神经元的整体兴奋性。具体来说，来自非R患者的神经元在体外似乎对血清素有反应，这似乎改善了神经传递。

图3：5-羟色胺对iPS神经元线粒体膜电位（MMP）、钙稳态和动力学的影响

虽然目前尚不清楚这如何转化为全身水平，并且 AD 抵抗机制尚未完全阐明，但作者的观察表明，尽管他有治疗抵抗力，但该患者的皮质神经元对血清素能信号有反应。

图4：5-羟色胺和5-HT_2A拮抗剂M100907 iPS-神经元的电生理特性

在Mito患者中，有证据表明，5-羟色胺通过增加兴奋性，加剧了现有的过度兴奋性，突出了考虑MDD患者线粒体疾病的重要性，并避免使用增加5-羟色胺的药物。

图5：血清素对突触后电流和动作电位动力学的影响

综上所述，这篇研究结果表明，血清素对星形胶质细胞的钙稳态有积极影响，并增加了神经元的兴奋性。必须仔细考虑后一种影响，因为它可能根据个体病理产生有益或有害的影响。

文献出处：

Cardon, I., Grobecker, S., Jenne, F. et al. Serotonin effects on human iPSC-derived neural cell functions: from mitochondria to depression. Mol Psychiatry (2024). https://doi.org/10.1038/s41380-024-02538-0