氯氮平与利培酮对人LUHMES神经元胆固醇代谢、突触蛋白及转录调控的对比效应研究

《Molecular Neurobiology》：Contrasting Effects of Clozapine and Risperidone on Cholesterol Metabolism, Synaptic Proteins, and Transcriptional Regulation in Human LUHMES Neurons

　　本研究针对氯氮平和利培酮在治疗精神疾病中存在的疗效差异机制不明确的问题，通过深度蛋白质组学分析(DDA/DIA-MS)技术，在人类LUHMES多巴胺能神经元模型中系统研究了两者诱导的差异蛋白表达谱。研究发现氯氮平显著上调胆固醇和脂肪酸生物合成通路，促进神经元存活和神经突生长；而利培酮主要增强氧化磷酸化和突触功能。核亚蛋白质组分析进一步揭示氯氮平通过下调CHD5、DPF3等染色质开放因子诱导转录抑制状态，利培酮则上调TCF4、FOS等因子促进染色质可及性。该研究为两种药物截然不同的临床作用提供了新的分子机制解释。

　　

在精神疾病治疗领域，氯氮平和利培酮作为两种常用的抗精神病药物，虽然都被广泛应用于临床，但它们的疗效和副作用特征却存在显著差异。氯氮平被认为是治疗难治性精神分裂症最有效的药物，而利培酮则通常作为一线治疗选择。这种差异背后的分子机制至今尚未完全阐明，限制了我们开发更精准、更有效的治疗策略。

以往的研究多集中于这两种药物对神经递质受体的直接作用，但它们对人类神经元产生的下游分子后果，特别是对细胞代谢、突触结构和基因表达程序的长期影响，仍是一个黑箱。理解这些机制对于解释氯氮平为何对某些患者特别有效，以及如何最大限度地发挥其治疗潜力同时最小化副作用至关重要。

发表在《Molecular Neurobiology》上的这项研究，利用人类LUHMES细胞系分化的多巴胺能神经元这一先进模型，结合前沿的蛋白质组学技术，首次系统性地揭示了氯氮平和利培酮在分子水平上的截然不同的作用机制。

研究人员主要采用了深度蛋白质组学分析技术，包括数据依赖采集(DDA)和数据非依赖采集(DIA)两种质谱策略，对药物处理后的神经元全细胞蛋白和核蛋白进行了全面分析。通过使用高分辨质谱仪(Orbitrap Exploris 480和Orbitrap Astral)，研究团队实现了对近9000种蛋白质的高通量鉴定和定量。此外，还通过Western blot和免疫细胞化学技术验证了神经元分化状态和核分离纯度。

LUHMES衍生神经元的特性

研究首先证实了LUHMES细胞成功分化为成熟的多巴胺能神经元。免疫细胞化学显示细胞表达MAP2、SYN1和NeuN等神经元标志物，而幼稚神经元标志物Vimentin则几乎不表达。

蛋白质组学数据进一步确认了神经元的身份，检测到β-III微管蛋白(TUBB3)、神经元特异性烯醇化酶(ENO2)等标志物。特别重要的是，研究鉴定到85种与多巴胺神经传递相关的蛋白质，包括酪氨酸羟化酶(TH)和多巴胺转运蛋白(DAT/SLC6A3)，充分证实了该模型的多巴胺能特性。

蛋白质组学结果

LUHMES神经元裂解液

DIA分析鉴定出约8900种蛋白质，远高于DDA的约2000种，显示了更深的蛋白质组覆盖度。差异表达蛋白质(DEPs)分析显示，两种药物诱导了明显不同的蛋白质表达变化。

氯氮平显著上调胆固醇和脂质代谢相关蛋白

与对照组相比，氯氮平强烈激活了胆固醇生物合成通路，上调了包括FDFT1(角鲨烯合酶)、LSS(羊毛固醇合酶)、DHCR7(7-脱氢胆固醇还原酶)在内的多个关键酶。同时，氯氮平还上调了脂肪酸合成相关蛋白如FASN(脂肪酸合酶)和ACACA(乙酰辅酶A羧化酶1)。

相反，利培酮处理降低了HMGCS1、FDFT1和CYP51A1的水平，表明其对胆固醇生物合成有抑制作用。这些发现特别重要，因为胆固醇代谢紊乱与多种神经精神疾病的病理生理有关。

利培酮改变与突触可塑性和线粒体功能相关的蛋白质表达

利培酮主要影响突触信号传导、神经营养支持和蛋白质稳态相关蛋白。它显著上调了神经肽前体VGF和胰岛素样生长因子结合蛋白5(IGFBP5)，同时下调了与受体运输和突触信号传导相关的RAB5B和CSNK2A1。

氯氮平和利培酮在神经元中激活的不同代谢通路

通路分析显示，氯氮平主要影响胆固醇生物合成和脂肪酸代谢通路，而利培酮则增强氧化磷酸化和突触功能相关通路。

定义氯氮平和利培酮不同神经元作用的染色质和转录调节因子——LUHMES神经元核分析

核蛋白质组分析鉴定出约4700种核蛋白。差异表达分析揭示了两种药物对染色质 remodelers和转录因子的不同影响。

氯氮平下调了染色质开放因子CHD5和DPF3(BAF复合物组分)，同时上调了转录抑制因子CIC，表明其诱导了一种转录抑制状态。此外，活性依赖性调节因子CRTC3和JUNB的下调表明氯氮平减弱了兴奋性驱动的基因表达。

相比之下，利培酮上调了TCF4、TCF7L1、FOS、HMGN1以及共激活因子RREB1和NCOA3，促进了Wnt信号传导、染色质可及性和突触可塑性。

氯氮平和利培酮对核亚蛋白质组的特异性调节

对比分析显示，氯氮平特异性增强了胆固醇生物合成、ERK5信号传导和肌醇磷酸途径，同时下调了促凋亡的HIPPO通路。而利培酮则表现出不同的调节模式。

讨论与结论

本研究揭示了氯氮平和利培酮在人类LUHMES衍生神经元中引发截然不同的蛋白质组学改变。氯氮平强烈激活胆固醇和脂肪酸生物合成通路，增强与固醇代谢相关的分子功能，同时促进神经元存活和神经突生长，表现出神经营养作用。相反，利培酮主要上调氧化磷酸化和突触功能相关蛋白，表明其增强了神经元活动和适应性可塑性。

在机制上，氯氮平通过抑制染色质可及性相关因子(CHD5、DPF3)和上调转录抑制因子(CIC)诱导转录抑制状态，而利培酮则通过激活TCF4、FOS等因子促进染色质开放和突触可塑性相关基因表达。

这些发现不仅解释了两种药物不同的临床作用机制，也为开发更精准的精神疾病治疗策略提供了重要分子依据。特别是氯氮平对胆固醇代谢的调节作用，可能与其在难治性精神分裂症中的特殊疗效密切相关，为理解该药物的独特治疗价值提供了新视角。

该研究成功地将蛋白质组学技术与神经生物学问题相结合，为抗精神病药物的分子机制研究设立了新标准，对未来精神疾病的基础研究和药物开发具有重要指导意义。