《Behavioural Brain Research》：Overexpression of hippocampal METTL3 mitigates chronic social isolation–induced abnormal behaviour in mice via modulation of mitochondrial-related proteins
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陈杰|李玉佳|霍晓菲|谢家玲|曹文宇|牛磊|周翠兰|左丽莲|徐阳中国南方大学衡阳医学院临床解剖学与生殖医学应用研究所，湖南衡阳421001摘要社会互动对情感和认知发展至关重要，然而，社会隔离（SI）可能导致认知障碍、类似焦虑和抑郁的行为，但这些变化的机制仍不甚明了。尽管N6-甲基
陈杰|李玉佳|霍晓菲|谢家玲|曹文宇|牛磊|周翠兰|左丽莲|徐阳
中国南方大学衡阳医学院临床解剖学与生殖医学应用研究所，湖南衡阳421001
摘要
社会互动对情感和认知发展至关重要，然而，社会隔离（SI）可能导致认知障碍、类似焦虑和抑郁的行为，但这些变化的机制仍不甚明了。尽管N6-甲基腺苷（m6A）在调节神经可塑性和行为中的作用已被研究，但我们对m6A在大脑线粒体功能及SI诱导的异常行为中的作用仍了解不足。在这里，我们研究了海马区METTL3在调节SI诱导的神经功能障碍中的作用，重点关注线粒体稳态和神经炎症。通过使用慢性SI小鼠模型，我们发现海马区METTL3（一种关键的m6A甲基转移酶）的过表达可以改善抑郁样行为和认知缺陷。同样，给予METTL3激动剂MP3C也能逆转SI诱导的小鼠行为异常。从机制上看，METTL3过表达对线粒体数量没有影响，但通过降低PGC1α和OPA1的水平来调节线粒体动态，从而减轻SI引起的神经炎症，这表现为海马区促炎细胞因子（COX2、iNOS和IL-1β）的表达减少。这些发现确立了METTL3-m6A通路在调节线粒体动态以调控神经炎症中的关键作用，将RNA甲基化的表观遗传调控与SI诱导的行为和认知异常联系起来。这项研究还为METTL3-m6A通路在调节涉及神经炎症的线粒体动态中的潜在治疗作用提供了新的见解。
引言
社会隔离被定义为“与家人、朋友和社区的关系数量及接触频率的客观减少”，与孤独感增加、自杀风险以及一系列不良的身体和心理健康结果相关。这些影响可能是通过神经激素、免疫和表观遗传机制介导的[1]、[2]、[3]。社会隔离越来越被认为是一个重大的公共卫生问题[4]、[5]，因为它会导致人类健康状况恶化、精神症状、认知能力下降和死亡率增加[4]、[6]、[7]。值得注意的是，儿童时期的社会隔离对成年后的大脑功能和行为尤其有害，可能通过表观遗传或表观转录组途径（如RNA m6A修饰）的改变来实现[3]、[8]。
啮齿动物断奶后的社会隔离会导致成年后出现类似焦虑和抑郁的行为改变，这一模型被广泛用于研究社会隔离的神经生物学后果[2]、[9]。海马区是参与情绪、学习和记忆的关键脑区，对压力特别敏感。它会在早期生活逆境和慢性压力下发生改变，从而导致神经行为障碍，包括认知障碍、抑郁和焦虑[10]、[11]。尽管越来越多的证据表明表观遗传修饰与社会隔离诱导的行为异常和海马功能障碍有关[12]、[13]、[14]、[15]，但其具体作用和潜在机制仍不完全清楚。
线粒体负责ATP的产生，是细胞内活性氧（ROS）的主要生成者，并且极易受到有毒代谢物引起的氧化应激的影响[16]。线粒体动态——包括生物发生、分裂、融合、线粒体自噬和运输——是维持线粒体形态、数量和功能完整性的严格调控过程。这些过程的紊乱会导致线粒体功能障碍，并促进疾病的发生[17]、[18]。此外，线粒体功能障碍是神经炎症的关键驱动因素[19]。线粒体融合由类似动力蛋白的GTP酶mitofusin 1和2（MFN1、MFN2）、optic atrophy 1（OPA1）和peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha（PGC1α）调节，而分裂则由dynamin相关蛋白1（DRP1）、carnitine palmitoyltransferase 1a（CPT1A）和mitochondrial fission factor（MFF）介导。线粒体自噬与VDAC1等蛋白相关[20]、[21]。这些协调机制在各种应激条件下（包括营养失衡）保持线粒体稳态[22]。神经元特别依赖线粒体ATP的产生，这支持轴突的完整性、神经递质的再循环、受体和离子通道的功能，以及突触可塑性所需的局部蛋白质合成[23]、[24]。重要的是，社会隔离会损害线粒体功能，这可能导致行为异常[25]。
N6-甲基腺苷（m6A）是一种主要的可逆RNA修饰，在成年大脑中含量丰富，在调节神经可塑性中起着关键作用[26]、[27]。它影响RNA代谢的多个方面，包括RNA剪接[28]、核输出[29]、RNA降解[30]和翻译[31]。m6A的水平通过m6A甲基转移酶（“写入者”，如METTL3、METTL14和WTAP）、去甲基化酶（“擦除者”，如FTO和ALKBH5）和结合蛋白（“读取者”，如YTHDF1、YTHDF2和YTHDF3）之间的相互作用进行动态调节[32]。我们之前的研究表明，社会隔离小鼠的海马区m6A水平降低，可能是由于METTL14表达减少而非METTL3表达减少。我们进一步发现，METTL14的过表达可以减轻社会隔离诱导的行为异常[3]。然而，在此背景下METTL3的作用和机制仍不清楚。
METTL3和METTL14都是m6A形成的必需因子，其中METTL3作为催化亚基，METTL14有助于RNA底物的识别和METTL3的结构稳定性[33]。METTL3通过m6A介导的mRNA稳定性调节来调控线粒体相关基因的表达[34]。此外，METTL3过表达可以改善阿尔茨海默病模型中的线粒体功能障碍和认知缺陷[35]。尽管METTL3已被证明与行为调节有关[36]、[37]，但其在社会隔离下连接线粒体功能障碍和神经炎症中的作用尚未被研究。
在这项研究中，我们发现海马区METTL3的过表达可以改善社会隔离（SI）小鼠模型中的抑郁样行为和认知缺陷，而对类似焦虑的行为影响较小。值得注意的是，系统性地给予METTL3激动剂MP3C[38]显示出更好的效果，包括减少类似焦虑和抑郁的行为以及改善认知表现，这可能是通过增加海马区的m6A水平实现的。从机制上看，METTL3过表达使线粒体相关蛋白的表达恢复正常，特别是恢复了SI小鼠中升高的线粒体融合标志物。这伴随着炎症标志物的减少。这些结果表明METTL3-m6A通路调节线粒体相关蛋白的表达，代表了社会隔离诱导的行为异常的新机制。
章节片段
动物
从中国湖南长沙的SJA实验室动物中心购买了三周大的雄性C57BL/6小鼠（13 ± 2克）。小鼠要么群养，要么在受控条件下单独饲养（22 ± 2°C，55 ± 5%湿度，12小时光照/黑暗周期），并可自由获取食物和水。所有实验程序均获得了中国南方大学动物护理和使用委员会的批准，并按照美国国立卫生研究院的护理指南进行
海马区METTL3过表达不能改善社会隔离引起的类似焦虑的行为
通过免疫荧光、RT-PCR和Western blotting确认了海马区METTL3的成功病毒靶向和过表达（图1B–E）。在三组小鼠中，OFT的总行进距离没有显著差异 [F (2, 24) = 0.8253, P = 0.4501]（图1F–G）。然而，在OFT中心区域花费的时间以及开放臂的行进距离和花费的时间存在显著差异 [F (2, 24) = 15.26, P < 0.0001]（图1H）
讨论
我们发现海马区METTL3-m6A通路与调节社会隔离引起的行为异常有关，可能是通过调节线粒体相关蛋白的表达来实现的。具体来说，海马区METTL3的过表达改善了抑郁样行为和认知障碍，同时使线粒体相关蛋白（特别是PGC1α和OPA1）恢复正常。与这些分子变化一致，神经炎症标志物也有所升高
所有作者都对这项研究的设计、实施、分析和报告做出了重要贡献。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。
资助
这项研究得到了中国国家自然科学基金（82401778资助徐阳，31701045资助曹文宇）、湖南省自然科学基金（2022JJ30486资助曹文宇，2022JJ30512资助徐阳）、湖南省卫生健康委员会健康研究项目（202102011871资助徐阳）、湖南省自然科学基金（2024JJ9571资助牛磊）以及湖南中医药大学的资助
陈杰：撰写——初稿，项目管理，方法学。李玉佳：项目管理，方法学，正式分析。霍晓菲：验证，方法学，正式分析。谢家玲：验证，方法学。曹文宇：资源获取，资金筹集。牛磊：资源获取。周翠兰：资源。左丽莲：撰写——初稿，可视化，资源。徐阳：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，监督，
作者声明他们没有利益冲突或任何可能影响本文工作表现或解释的已知竞争性财务利益或个人关系。
