星形胶质细胞线粒体Cx43通过抑制IDH3α维持糖酵解稳态抵抗抑郁症的非经典作用

《Cell Death & Disease》：Noncanonical role of astrocytic mitochondrial Cx43: suppressing IDH3α to sustain glycolytic homeostasis against depression

本研究针对抑郁症治疗中代谢机制不清的难题，揭示了星形胶质细胞连接蛋白43（Cx43）在线粒体中通过直接抑制异柠檬酸脱氢酶3α（IDH3α）维持糖酵解稳态的新机制。研究人员发现前边缘皮层星形胶质细胞特异性敲除Cx43会引发代谢重编程（从有氧糖酵解转向氧化磷酸化），导致乳酸合成减少和神经元兴奋性降低。该研究创新性地证实Cx43的代谢调控功能不依赖于其经典的缝隙连接功能，为靶向星形胶质细胞代谢的抑郁症治疗提供了新策略。

　　

抑郁症作为全球重大公共卫生问题，其治疗困境部分源于对疾病代谢基础的认知不足。前额叶皮层作为情绪调节的关键脑区，其高糖酵解活性产生的乳酸对维持神经元兴奋性至关重要。临床研究发现抑郁症患者前额叶皮层中星形胶质细胞数量减少，且缝隙连接蛋白Cx43表达显著下调，但Cx43下调是否直接导致糖酵解功能障碍尚不明确。

为揭示星形胶质细胞Cx43在抑郁症中的非经典功能，研究团队通过构建星形胶质细胞特异性Cx43敲除小鼠模型，结合神经影像学、电生理、代谢组学和行为学等多学科技术手段，系统阐释了线粒体Cx43通过调控IDH3α活性维持脑内能量稳态的新机制。研究主要采用慢性社会挫败应激（CSDS）小鼠模型、病毒介导的脑区特异性基因操作、海马能量代谢分析仪（Seahorse XF）、同位素标记代谢流分析（¹³C-glucose/¹³C-glutamine tracing）、免疫共沉淀-质谱联用（Co-IP/MS）、微尺度热泳（MST）等技术，并运用磁共振波谱（¹H MRS）和功能磁共振成像（fMRI）进行在体验证。

星形胶质细胞Cx43缺失破坏乳酸稳态并损害神经元兴奋性

研究发现前边缘皮层（PrL）星形胶质细胞特异性敲除Cx43可诱发抑郁样行为，伴随脑内乳酸水平显著降低。Seahorse分析显示Cx43缺失导致糖酵解能力下降，而神经元放电频率降低和全脑功能连接异常进一步证实神经元兴奋性受损。这些变化与临床抑郁症的代谢特征高度一致。

Cx43缺失通过抑制葡萄糖代谢通量减少星形胶质细胞乳酸生成

体外实验表明Cx43敲除（KO）星形胶质细胞的糖酵解通量全面抑制，表现为葡萄糖摄取减少和乳酸/丙酮酸比值下降。有趣的是，线粒体呼吸功能反而增强，包括氧消耗率（OCR）上升和ATP产量增加。同位素示踪显示¹³C标记的葡萄糖代谢产物减少，但三羧酸循环（TCA cycle）中未标记中间体比例增加，提示存在替代能源底物。

谷氨酰胺回补驱动Cx43-KO星形胶质细胞中增强的OXPHOS

能量底物偏好性实验发现Cx43缺失细胞对谷氨酰胺氧化的依赖性显著增强。通过¹³C₅-谷氨酰胺示踪，证实谷氨酰胺通过生成α-酮戊二酸（α-KG）促进TCA循环正向通量。这种代谢重编程导致葡萄糖代谢与TCA循环的关联减弱，突显了Cx43缺失背景下谷氨酰胺回补（anaplerosis）的重要作用。

Cx43缺失诱导的星形胶质细胞代谢重编程不依赖于其经典功能

通过表达缝隙连接缺陷型显性负突变体（dnCx43），研究人员发现即使无法恢复细胞间染料扩散，dnCx43仍能逆转Cx43-KO引起的糖酵解抑制和乳酸减少。单羧酸转运体（MCT1/MCT4）敲低实验进一步排除了乳酸外排机制的影响，证实Cx43的代谢调控功能独立于其缝隙连接和半通道功能。

Cx43-IDH3a相互作用维持葡萄糖摄取和有氧糖酵解

机制探索发现Cx43与线粒体酶IDH3a直接结合（K_D=9.73μM），分子动力学模拟显示IDH3a酪氨酸126（Tyr126）是关键互作位点。Cx43缺失解除对IDH3a的抑制，增强TCA循环活性并升高ATP水平，进而通过AMPK/TXNIP/GLUT1轴抑制葡萄糖摄取。引人注目的是，表达失活型IDH3aY126F突变体能逆转Cx43-KO引起的代谢异常，证实IDH3a是Cx43下游的关键效应分子。

乳酸减少是Cx43敲除导致神经元OXPHOS受损和抑郁样行为的基础

将Cx43-KO星形胶质细胞的条件培养基（ACM）作用于神经元后，线粒体膜电位和呼吸功能显著下降，树突复杂性减低。补充乳酸可有效逆转这些异常，且PrL脑区注射乳酸能改善抑郁样行为，证实星形胶质细胞源性乳酸不足是导致神经功能缺损的核心因素。

线粒体特异性过表达Cx43恢复星形胶质细胞代谢并改善抑郁样行为

最终干预实验表明，靶向线粒体的Cx43过表达可恢复正常IDH3酶活性、ATP水平和糖酵解/OXPHOS平衡。其条件培养基能修复神经元线粒体功能，在体实验进一步验证该操作可挽救抑郁样行为和脑内代谢物水平。

研究结论揭示：在生理状态下，线粒体Cx43通过抑制IDH3a维持星形胶质细胞低OXPHOS/高糖酵解的代谢特征，保障乳酸对神经元的能量支持；而在抑郁状态下，Cx43下调解除对IDH3a的抑制，引发ATP过量产生-AMPK抑制-TXNIP积累-GLUT1内吞的级联反应，最终导致糖酵解抑制和乳酸供应短缺。该研究不仅揭示了Cx43在调控脑能量代谢中的非经典功能，还为靶向星形胶质细胞代谢的抗抑郁策略提供了理论依据。论文发表于《Cell Death & Disease》，其创新性在于将抑郁症的病理机制从传统神经元中心论拓展至星形胶质细胞代谢调控领域，为突破现有抗抑郁药物疗效瓶颈开辟了新途径。