Nat Neurosci：早期生活压力会给大脑带来什么？研究结果为抑郁症研究提供新思路
早期生活压力（Early life stress, ELS）是成年抑郁症的主要风险因素，且已被证明能促进成年后对慢性社交挫败压力（Chronic social defeat stress, CSDS）的易感性。
伏隔核通过整合边缘脑区的信息参与奖赏和压力相关的行为输出，以及面对压力时调整动机转向积极的方向。CSDS动物表现出的抑郁样行为，主要与边缘脑区有关，尤其是伏隔核的转录异常。
在此背景下，来自美国纽约西奈山伊坎医学院的研究人员于2021年3月15日在Nature Neuroscience上发文，从表观遗传方向研究暴露于ELS的雄性和雌性小鼠NAc中组蛋白修饰的长期变化。
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1.ELS改变了发育期NAc D2 MSNs中
Dot1l和Kdm2b表达
在断奶前的发育期（P10到P17）每天4小时的母体分离进行ELS小鼠造模，在断奶当天（P21），青春期（P35）和成年期（P70-P80）收集NAc组织，连续进行组蛋白质谱（spectrometry，MS)。
通过对三个时间点两种性别中多个组蛋白的分析，并结合RNA-seq数据中组蛋白修饰酶的表达水平变化发现ELS后NAc中H3K79的甲基化及其甲基转移酶Dot1l的转录在组蛋白修饰网络中有重要的作用。
接下来，作者做了进一步的验证，通过RT-PCR检测P21，P35及成年期的NAc组织的Dot1l表达量，方差分析发现雌性和雄性小鼠中在年龄和饲养方式上均存在显著的交互作用。Dot1l蛋白从P21到成年期总体增加，mRNA水平并无这一趋势。另外，成年ELS雄性和雌性NAc中组蛋白去甲基化酶Kdm2b表达显著增加。
NAc主要由称为中型多棘神经元（medium spiny neurons，MSNs）的GABA能神经元的两个亚群组成，即表达D1多巴胺受体（Drd1）或D2多巴胺受体（Drd2）。作者进一步假设H3K79相关酶的转录调控主要发生在NAc的D2 MSN神经元中。通过流式细胞荧光分选成年ELS的NAc的D2+和D2-神经元，结果发现D2+神经元中Dot1l和Kdm2b被显著诱导，而D2-神经元无影响。
设计Drd1a，Drd2和Dot1l信使RNA（mRNA）的探针在NAc切片上进行RNA原位杂交，测量了两种MSN亚型的Dot11强度发现D2 MSNs中Dot11的富集在正常动物的发育过程中出现，这种富集被ELS进一步放大并持续到成年，并在细胞类型和成年后饲养方式上存在交互作用。
2.NAc D2 MSN中的Dot1l和Kdm2b
控制ELS诱导的成年CSDS易感性
作者进一步运用miRNA和过表达载体对Dot1l进行细胞类型特异性的敲低和过表达，ELS的成年小鼠的NAc D2 MSN中敲除Dot11可以逆转其ELS诱导的行为敏感性，包括ELS- Dot11敲低动物表现出更好的社交互动，旷场中心区的探索时间增加和强迫游泳不动时间减少。无应激小鼠NAc D2 MSN中Dot11过表达表现出社交互动受损，旷场中心区探索时间减少和强迫游泳不动时间增加。
同样的方法，NAc的D2 MSN中Kdm2b过表达逆转了雄性小鼠ELS诱导的CSDS行为敏感性，Kdm2b的D2 MSN敲低会增加无应激小鼠的易感性。与D2 MSNs中的上述结果相比，D1 MSNs中的Dot11操作没有产生相同的行为改变。
以上结果表明，NAc中的D2 MSN Dot11过表达或Kdm2b敲低增加应激敏感性，而Dot11敲低或Kdm2b过表达逆转了ELS诱导的应激敏感性。
图1.NAc D2 MSN中的Dot1l和Kdm2b改变ELS诱导的行为
3.D2 MSNs的RNA-seq揭示了NAc中
ELS和Dot1l调控的转录特征
为了了解表观遗传机制下游的转录效应，对FACS分选的D2 MSNs进行了RNA测序，主要包括std-GFP，ELS-GFP，std-Dot1l-OE和ELS-Dot1l-miR这四个组。
在全基因组水平上，通过秩秩超几何重叠（RRHO）分析，ELS-GFP和std-Dot1l-OE两组所调控的基因存在相当大的重叠，相反， ELS-GFP和ELS-Dot1l-miR诱导的转录组成惊人的反比关系。
从RNA-seq数据集中，作者还发现一些高表达的调控基因和行为之间有直接联系，如Dek表达与社交互动和强迫游泳不动时间相关，Smcr8和Akap9表达与社交互动相关，Musk表达与旷场试验中心区探索时间相关。
图2.D2 MSN特异性的Dot11过表达模仿了ELS诱导的转录
4.利用染色质免疫沉淀对H3K79me2进行测序
探索ELS和CSDS在NAc中的转录调控网络
为了阐明Dot1l调控和转录特征之间的联系，作者利用染色质免疫沉淀对雄性Std和ELS小鼠的成年NAc组织中的H3K79me2进行了测序（ChIP-seq），发现H3K79me2的基因组主要分布在基因体中。
通过ChIP-seq分析，作者发现ELS后1,299个区域富集了H3K79me2，但967个区域上的H3K79me2被耗尽了，表明ELS之后Dot1l的增加与H3K29me2在大量基因组位点上的沉积有关，但同时可能在Ktm2b协同诱导下，在另一部分位点上损失了更多的H3K79me2。
通过聚类分析比较了ChIP-seq和RNA-seq数据集，发现ChIP-seq信号（即H3K79me2的沉积模式）和D2 MSN Dot1l过表达后的转录效应更类似。
图3. ELS后，H3K79me2的全基因组模式和D2 MSN ELS转录组类似
5.腹膜内给予DOT1L小分子抑制剂
可挽救ELS后的行为
每天两次服用pinometostat（腹膜内10 mg/kg），DOT1L的一种小分子抑制剂（目前正处于II期临床研究中，用于治疗小儿混合谱系白血病），可降低NAc中H3K79me2的水平，逆转ELS雄性小鼠表现出的应激敏感性。
综上，作者检测了暴露于ELS的雄性和雌性小鼠NAc中组蛋白修饰的长期变化。D2中型多棘神经元中H3K79me2二甲基化以及控制该修饰的酶（DOT1L和KDM2B）对于ELS诱导的应激敏感性至关重要。通过ChIP-seq绘制了该组蛋白标记基因组的位点特异性调控，揭示相应的转录调控网络。
最后，小分子DOT1L抑制剂的全身给药逆转了ELS诱导的行为缺陷，表明该表观遗传机制的临床意义。该研究对根据早年间压力机制用作治疗提供强有力的数据支撑，对于开发改进抑郁症的治疗方法提供了新思路。
Kronman, H.; Torres-Berrio, A.; Sidoli, S.; Issler, O.; Godino, A.; Ramakrishnan, A.; Mews, P.; Lardner, C. K.; Parise, E. M.; Walker, D. M.; van der Zee, Y. Y.; Browne, C. J.; Boyce, B. F.; Neve, R.; Garcia, B. A.; Shen, L.; Pena, C. J.; Nestler, E. J., Long-term behavioral and cell-type-specific molecular effects of early life stress are mediated by H3K79me2 dynamics in medium spiny neurons. Nat Neurosci 2021. doi: 10.1038/s41593-021-00814-8. Online ahead of print
编译作者：Ivy（brainnews创作团队）
校审：VAN（brainnews编辑部）