摘要
蛋白质磷酸化是一种常见的、可逆的蛋白质翻译后修饰。磷酸基团在蛋白激酶的催化下共价结合至底物蛋白的特定氨基酸残基上，在磷酸酶的作用下去磷酸化，如同分子开关一样，调控底物蛋白的功能。丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸是三个最常见的磷酸化位点，除此之外，磷酸化也可发生在其它氨基酸残基上，如组氨酸、赖氨酸和精氨酸等，但由于不稳定且难以检测，研究较少。 组氨酸磷酸化（pHis）是一种发生在底物蛋白组氨酸上的磷酸化修饰，由于研究非常少，也被称作是隐藏的磷酸蛋白质组。组氨酸磷酸化在原核生物信号转导中发挥重要作用，但在哺乳动物细胞中的功能并不清楚。目前，已经发现NME1和NME2是组氨酸磷酸化激酶，而PHPT1、PGAM5和LHPP是组氨酸磷酸酶。LHPP因可以水解磷酸赖氨酸、磷酸组氨酸和无机焦磷酸的磷酸基团而得名，其编码基因在重度抑郁症（MDD）患者中被鉴定为MDD的易感基因，但它作为组氨酸磷酸酶在大脑以及MDD中的作用完全不清楚。 我们首先检测了LHPP在小鼠脑内的表达，发现LHPP在成年小鼠脑中表达丰富，在神经发育过程中表达逐渐升高。此外，LHPP在神经元和星形胶质细胞中均有表达，但在神经元中表达相对较高。进一步，为了探索LHPP在脑内的功能，我们构建了LHPP条件性敲除小鼠（Lhppf/f），并将其与hGFAP-Cre小鼠杂交，从而在神经元和星形胶质细胞中特异性敲除LHPP（GFAP-Lhppf/f）。同时，我们也利用Lhppf/f与NEX-Cre杂交获得兴奋性神经元特异性敲除LHPP小鼠（NEX-Lhppf/f）。 我们对LHPP缺陷小鼠进行了抑郁和焦虑相关行为学检测，发现与对照小鼠（Lhppf/f）相比，雄性或雌性GFAP-Lhppf/f和NEX-Lhppf/f小鼠在强迫游泳（FST）、糖水偏好（SPT）、旷场（OFT）以及高架十字迷宫（EPM）测试中均表现正常，表明LHPP缺陷本身并不引起小鼠抑郁样和焦虑样行为。由于MDD很大程度上是基因与环境因素之间的共同作用而导致发病，接下来，我们观察在慢性社交挫败应激（CSDS）环境下，LHPP缺陷能否引起小鼠情绪和行为的改变。在CSDS后，GFAP-Lhppf/f或NEX-Lhppf/f小鼠相比对照小鼠更容易表现出社交回避和抑郁样行为。同时，我们利用病毒立体定位注射，发现在小鼠mPFC局部敲除LHPP也增加小鼠对CSDS的易感性，而在mPFC过表达LHPP则增加对CSDS的抵抗性。这些结果说明mPFC中的LHPP在CSDS诱导的抑郁样行为中起着关键作用。 我们对mPFC中的突触传递也进行了检测。mPFC中兴奋性神经元的谷氨酸能突触传递在LHPP缺陷小鼠中并无变化，但经过CSDS后降低，表明LHPP参与调节CSDS后mPFC中的谷氨酸能突触传递。 为了寻找背后的分子机制，我们将NEX-Lhppf/f和对照小鼠经过CSDS后，分离出皮层组织进行蛋白质组学分析，发现LHPP缺陷导致组氨酸激酶NME1/2水平升高。通过免疫印迹我们也验证了NME1/2以及总体组氨酸磷酸化水平在CSDS后的LHPP缺陷小鼠皮层中显著升高。此外，在体外试验中，我们证明了NME1和NME2都是LHPP的底物。LHPP作为组氨酸磷酸酶，能够直接使NME1/2去磷酸化，并且LHPP中第17位天冬氨酸（D17）、第54位苏氨酸（T54）和第214位天冬氨酸（D214）对于其磷酸酶活性至关重要。 最后，我们检测了LHPP的组氨酸磷酸酶活性是否参与对CSDS诱导抑郁样行为的调节。我们利用病毒立体定位注射，发现在NEX-Lhppf/f小鼠mPFC兴奋性神经元过表达LHPP或NME2激酶失活突变体（NME2-KD）能够缓解LHPP缺陷小鼠经CSDS后表现的行为和突触传递的异常，但过表达LHPP磷酸酶失活突变体（D17A）却没有缓解效果。这些结果说明LHPP组氨酸磷酸酶活性对于CSDS后抑郁样行为以及突触传递具有重要的调节作用。 综上所述，我们的研究证明了组氨酸激酶NME1/2是组氨酸磷酸酶LHPP的底物，LHPP通过其组氨酸磷酸酶活性调节小鼠CSDS诱导的抑郁样行为。这些发现为阐明LHPP或组氨酸磷酸化在大脑中的功能提供了新证据，也为探索MDD的发病机制提供了新思路。
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