Eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki ds. Zwierząt Uniwersytetu Medycyny Chińskiej w Henan (numer zatwierdzenia DWLLGZR202200023). Wszystkie procedury przeprowadzono zgodnie z instytucjonalnymi i krajowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu zwierząt oraz zgodnie z wytycznymi ARRIVE. Samce szczurów Sprague–Dawley (SD) pozyskano z licencjonowanego dostawcy zwierząt laboratoryjnych. Zwierzęta utrzymywano w kontrolowanej temperaturze i wilgotności, w 12-godzinnym cyklu światło/ciemność, zapewniając im standardową karmę i wodę ad libitum.
Identyfikacja składników MXYS zawartych w tkance mózgowej
Przygotowanie liofilizowanego proszku MXYS:
11 ziół wchodzących w skład MXYS namaczano w 10 objętościach wody destylowanej przez 2 h, a następnie gotowano przez 40 min. Miętę dodano w ciągu ostatnich 5 min odwaru. Drugi odwar przygotowano w ten sam sposób, używając 8 objętości wody destylowanej. Oba odwary połączono, przefiltrowano przez gazę, zagęszczono pod zmniejszonym ciśnieniem do stężenia 1 g/mL (ekwiwalent surowca roślinnego) i liofilizowano w próżni przez 48 h w celu uzyskania liofilizowanego proszku MXYS. Wydajność ekstrakcji wyniosła 21,7% (w/w)25,29,31.
Zwierzęta i podawanie MXYS:
Dwanaście samców szczurów SD randomly przydzielono do dwóch grup, którym dwukrotnie w ciągu doby podawano drogą doustną (zgłębnikowo) MXYS lub wodę oczyszczoną. Podawanie preparatu odbywało się o godzinie 8:00 rano i 8:00 wieczorem (odstęp 12 h). Proszek MXYS rozpuszczono w wodzie oczyszczonej i podawano w dawce 24,4 g/kg (około dwukrotność dawki klinicznej dla szczurów)25. Grupa kontrolna otrzymywała wodę oczyszczoną w równoważnej objętości (10 mL/kg).
Przygotowanie tkanki mózgowej zawierającej MXYS:
Po 14 dniach wszystkie szczury zanieczulono pentobarbitalem sodowym (40 mg/kg, doglebowo) 2 h po ostatniej podaży MXYS. Tkanki mózgowe pobrano po perfuzji przezsercowej solą fizjologiczną. Całe mózgi wycięto natychmiast i umieszczono w lodzie, aby uzyskać próbki kontrolnej tkanki mózgowej oraz tkanki mózgowej traktowanej MXYS.
Warunki chromatografii/spektrometrii mas i baza danych:
Liofilizowany proszek MXYS, blanki tkanki mózgowej wzbogaconej proszkiem MXYS, blanki tkanki mózgowej oraz ekstrakty z tkanki mózgowej zawierające MXYS analizowano przy użyciu systemu ultrawydajnej chromatografii cieczowej wyposażonego w kolumnę HSS-T3 (100 × 2,1 mm, 1,8 μm) utrzymywaną w temperaturze 35°C. Fazy ruchome składały się z wody zawierającej 0,1% kwasu mrówkowego (faza ruchoma A) oraz acetonitrylu zawierającego 0,1% kwasu mrówkowego (faza ruchoma B). Próbki rozdzielano przy szybkości przepływu 0,3 mL/min, stosując gradient: 5% B przez 1 min, wzrost do 98% B w ciągu 16 min, powrót do 5% B w 0,5 min i utrzymanie 5% B przez 2,5 min.
Widma masowe pozyskano w trybach dodatniej i ujemnej jonizacji przez rozpylanie elektrosprayowe, stosując akwizycję zależną od danych w zakresie m/z od 90 do 1 300. Widma MS/MS wygenerowano z 10 najintensywniejszych jonów prekursorowych, wykorzystując stopniowane energie kolizyjne dysocjacji wysokoenergetycznej o wartościach 20, 40 i 60 eV. Temperaturę kapilary utrzymano na poziomie 320°C, a temperaturę grzałki sondy ustawiono na 350°C.
Adnotacja związków została przeprowadzona poprzez dopasowanie dokładnej masy, rozkładu izotopowego i widm MS/MS do wewnętrznej bazy danych tradycyjnej medycyny chińskiej oraz publicznych baz danych GNPS32, ReSpect33 i MassBank34. Zachowano związki z wiarygodnym dopasowaniem MS/MS i spójnym kształtem piku chromatograficznego. Pełna lista związków zidentyfikowanych wstępnie znajduje się w Tabeli uzupełniającej 1.
Bioinformatyka
Wybór i przetwarzanie wstępne zestawów danych z bazy GEO:
Potencjalny udział nekroptozy w patologii depresji zbadano poprzez przeszukanie bazy GEO z użyciem słowa kluczowego „depression”. Na podstawie kryteriów wyboru do dalszej analizy wyłoniono trzy zestawy danych (GSE54566, GSE54565 i GSE54568). Zestawy danych pochodziły z różnych obszarów mózgu: GSE54565 (przednia część kory zakrętu obręczy), GSE54566 (ciało migdałowate) oraz GSE54568 (grzbietowo-boczna kora przedczołowa, BA9). Wszystkie zestawy danych zostały wygenerowane przy użyciu platformy Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0 Array (GPL570) i składały się z próbek tkanki mózgowej pobranych po śmierci od pacjentów z dużym zaburzeniem depresyjnym (MDD) oraz kontroli niepsychiatrycznej. Szczegółowa charakterystyka próbek dla każdego zestawu danych została podsumowana w Tabeli uzupełniającej 2. Zestawy te zawierały dane transkrypcyjne z trzech obszarów mózgu zaangażowanych w depresję. Dla każdego zestawu danych przeprowadzono analizę różnicowej ekspresji genów pomiędzy grupą MDD a grupą kontrolną, a spójnie zwiększone i zmniejszone poziomy ekspresji genów zintegrowano za pomocą pakietu R Robust Rank Aggregation (RRA).
Wszystkie zestawy danych zostały poddane wstępnej obróbce z wykorzystaniem algorytmu robust multi-array average (RMA) w celu korekcji tła i normalizacji. Po normalizacji RMA zastosowano algorytm ComBat zaimplementowany w pakiecie sva w języku R, aby skorygować efekty serii pomiędzy zestawami danych, przyjmując pochodzenie zestawu danych jako kowariant serii. Procedura ta zredukowała zmienność techniczną między zestawami danych i poprawiła ich porównywalność w dalszych analizach.
Analizy bioinformatyczne przeprowadzono przy użyciu oprogramowania R (wersja 4.2.1). Główne pakiety R obejmowały ClusterProfiler (wersja 4.8.2) do analiz wzbogacenia Gene Ontology (GO) oraz Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), WGCNA (wersja 1.72) do analizy ważonej sieci koekspresji genów, RRA do integracji genów różnicowo wyrażonych oraz sva (wersja 3.48.0) do korekcji efektu serii metodą ComBat. Workflow analityczny obejmował pozyskiwanie danych, normalizację RMA, korekcję efektu serii ComBat, analizę różnicowej ekspresji z integracją RRA, konstrukcję modułów WGCNA, analizy wzbogacenia GO i KEGG z wykorzystaniem współczynnika fałszywych odkryć (FDR) < 0.05 oraz predykcję celów wraz z analizą sieci oddziaływań białko-białko (PPI).
Wykorzystanie WGCNA do konstruowania sieci koekspresji genów i identyfikacji modułów istotnie powiązanych z depresją i nekroptozą:
WGCNA konstruuje ważone sieci koekspresji genów poprzez zastosowanie miękkiego progu potęgowania (wartość β) w celu przybliżenia topologii wolnej od skali. Wartość β wybrano w momencie, gdy współczynnik korelacji między log(k) a log(p(k)) osiągnął poziom co najmniej 0,9. Po wybraniu wartości β zidentyfikowano moduły genowe za pomocą metody dynamicznego cięcia drzewa (dynamic tree cut). Dodatkowe parametry ustawiono następująco: minModuleSize = 30, cutHeight = 0,25 oraz deepSplit = 2. Wartość β wybrano, gdy współczynnik korelacji między log(k) a log(p(k)) osiągnął co najmniej 0,9. Do konstrukcji sieci zastosowano miękki próg potęgowania β = 7. Dla każdego modułu obliczono eigengen modułu (ME), aby podsumować wzorce ekspresji genów i ocenić powiązania z cechami biologicznymi. Następnie obliczono istotność genów (GS) oraz przynależność do modułu (MM), a zależności między modułami a cechami oceniono za pomocą współczynnika korelacji (cor) i odpowiadającej mu wartości p. Wyższe współczynniki korelacji i niższe wartości p wskazywały na silniejsze powiązania między modułami genowymi a cechami biologicznymi.
Analiza wzbogacenia funkcjonalnego i konstrukcja sieci PPI:
Do przeprowadzenia analizy wzbogacenia szlaków KEGG wykorzystano narzędzie ClusterProfiler. W celu korekty wielokrotnych testów zastosowano metodę FDR Benjamini–Hochberg, a skorygowaną wartość p (FDR) < 0,05 uznano za statystycznie istotną. Po zidentyfikowaniu modułu docelowego, kluczowe geny w obrębie tego modułu zestawiono z genami związanymi z MXYS oraz nekroptozą. Następnie, przy użyciu bazy danych STRING, skonstruowano sieć PPI.
Przewidywanie celów dla związków wykrytych w tkance mózgowej:
Do przewidywania celów wykorzystano 143 związki wstępnie zidentyfikowane w tkance mózgowej szczura po podaniu MXYS. Dla każdego związku potencjalne cele pobrano z bazy danych GeneCards, korzystając z funkcji Related Targets z wynikiem istotności (relevance score) > 5. Powielone cele scalono i zachowano jedynie ludzkie geny posiadające oficjalne symbole genowe, co pozwoliło wyłonić 3 164 unikalne cele. Cele te poddano analizom wzbogacenia GO i KEGG przy użyciu pakietu R ClusterProfiler, przyjmując wartość FDR < 0,05 jako statystycznie istotną. Tło genetyczne stanowiły wszystkie ludzkie geny kodujące białka zannotowane w bazie danych KEGG.
Weryfikacja eksperymentalna
Hodowla komórkowa:
Komórki HT-22 pozyskano z Procell Life Science & Technology Co., Ltd. (CL-0697, RRID: CVCL_0321) i hodowano w medium wzrostowym uzupełnionym o 10% płodowej surowicy bydlęcej (FBS) oraz 100 U/mL penicyliny/streptomycyny. Komórki utrzymywano w temperaturze 37°C w inkubatorze z nawilżaniem i zawartością 5% CO₂.
Działanie MXYS przeciwko nekroptozie:
Liofilizowany proszek MXYS rozpuszczono w medium wzrostowego do stężenia 1,0 g/mL, wysterylizowano przez filtr membranowy 0,22 μm i przechowywano w temperaturze −20°C do momentu użycia. Komórki HT-22 wysiano w płytkach 96-dołkowych z gęstością 8 000 komórek na dołek, w trzech powtórzeniach na grupę. MXYS rozcieńczono w medium wzrostowym do stężeń końcowych 2, 4 i 6 mg/mL. Po 12 h inkubacji komórki poddano działaniu hydrochlorčku SM-164 (10 nM) oraz inhibitora kaspaz z-VAD-fmk (20 μM) przez 30 min, a następnie stymulowano ludzkim czynnikiem martwicy nowotworów-α (h-TNF-α; 20 ng/mL) przez kolejne 12 h. Żywotność komórek oceniono za pomocą luminescencyjnego testu żywotności komórek zgodnie z instrukcją producenta. Luminescencję zmierzono przy użyciu czytnika mikropłytek. Morfologię komórek zbadano pod mikroskopem odwróconym i wykonano reprezentatywne zdjęcia do analizy.
Zwierzęta:
Eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki ds. Zwierząt Uniwersytetu Medycyny Chińskiej w Henan (numer zatwierdzenia DWLLGZR202200023). Wszystkie procedury przeprowadzono zgodnie z instytucjonalnymi i krajowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu zwierząt oraz zgodnie z wytycznymi ARRIVE. Do utworzenia modelu CUMS wykorzystano wyłącznie samce myszy BALB/c w wieku 6–8 tygodni. Zwierzęta przetrzymywano w kontrolowanej temperaturze i wilgotności, w 12-godzinnym cyklu światła/ciemności, z dostępem do standardowej karmy i wody ad libitum.
Model depresji indukowanej CUMS:
Myszy randomly przydzielono do grupy kontrolnej lub grupy CUMS. Po tygodniu aklimatyzacji myszy w grupie CUMS poddawano przerywanym i nieprzewidywalnym łagodnym stresorom, podczas gdy myszy kontrolne pozostawały niezakłócone. Paradygmat stresu składał się z 13 różnych stresorów, w tym przechylania klatki, potrząsania klatką, zamiany klatek, mokiej ściółki, deprywacji wody, oświetlenia stroboskopowego, ekspozycji na hałas, ciągłego światła, ciągłej ciemności, przerywanego oświetlenia, pływania w zimnej wodzie (4°C), pływania w ciepłej wodzie (40°C), stresu z unieruchomieniem oraz innych łagodnych stresorów. Każdy stresor stosowano przez 2–6 h na sesję w losowej kolejności, aby zachować nieprzewidywalność. Myszy poddawano działaniu jednego lub dwóch różnych stresorów każdego dnia zgodnie z randomizowanym harmonogramem.
Grupy i leczenie farmakologiczne:
Po sześciu tygodniach ekspozycji na CUMS myszy zostały losowo przydzielone do grup: CUMS, MXYS, paroksetyny lub Nec-1. Grupa MXYS otrzymywała liofilizowany proszek MXYS drogą gavage doustnie w dawce 35,2 g/kg/day. Grupa paroksetyny otrzymywała paroksetynę (20 mg/kg) drogą gavage doustnie, natomiast grupa Nec-1 otrzymywała Nec-1 (10 mg/kg) poprzez wstrzyknięcia doszpikowe przez cztery kolejne tygodnie. W tym samym okresie grupa kontrolna oraz grupa CUMS otrzymywały równoważną objętość soli fizjologicznej drogą gavage doustnie.
Eksperymenty behawioralne:
Myszy zostały losowo przydzielone do grup eksperymentalnych przy użyciu wygenerowanej komputerowo sekwencji liczb losowych przed rozpoczęciem podawania leku. Sekwencja randomizacji została wygenerowana przez niezależnego badacza, który nie brał udziału w późniejszych eksperymentach ani analizie danych.
Testy behawioralne zostały przeprowadzone przez badacza nieznającego przynależności zwierząt do grup badawczych. Ten sam badacz przeprowadził punktację behawioralną na podstawie nagrań wideo (czas unieruchomienia, przebyta odległość oraz czas spędzony w centrum), wykorzystując zautomatyzowane oprogramowanie do śledzenia w celu zminimalizowania subiektywizmu. Badacz nie miał dostępu do kodów przydziału do grup aż do momentu zebrania i zapisania wszystkich danych behawioralnych.
Analizy immunofluorescencyjne zostały przeprowadzone przez innego badacza, który również nie znał przydziału do grup eksperymentalnych. Próbki zostały oznaczone za pomocą kodów identyfikacyjnych, a przynależność do grup ujawniono dopiero po zakończeniu pomiarów densytometrycznych lub pomiarów intensywności fluorescencji. Analizy statystyczne zostały przeprowadzone przez trzeciego badacza, który nie znał ani przydziału do grup, ani odpowiadających im wyników eksperymentalnych aż do momentu zestawienia wszystkich danych ilościowych.
Test preferencji sacharozy (SPT): Badania behawioralne przeprowadzono po ostatnim podaniu leku. Przed testami myszy poddano aklimatyzacji do 1% roztworu sacharozy, udostępniając im przez 12 h dwie butelki zawierające 1% roztwór sacharozy, a następnie przez kolejne 12 h jedną butelkę z 1% roztworem sacharozy i jedną butelkę z wodą pitną. Następnie myszy poddano 12-godzinnemu głodzeniu i pragnieniu przed właściwym testem. Podczas testu każdej myszy udostępniono jedną butelkę z 1% roztworem sacharozy i jedną butelkę z wodą pitną. Po 12 h zmierzono objętość spożytego płynu z każdej butelki. Preferencję sacharozy obliczono według wzoru:

Test zawieszenia ogona (TST): Ogon każdej myszy przymocowano do górnej części aparatury testowej za pomocą taśmy klejącej. Zachowanie myszy rejestrowano przez 6 min przy użyciu oprogramowania do wideorejestracji i analizy behawioralnej. Ilościowo określono czas trwania unieruchomienia podczas ostatnich 4 min testu.
Test otwartego pola (OFT): Każdą mysz umieszczano indywidualnie w centrum aparatury do testu otwartego pola. Aktywność behawioralną rejestrowano i analizowano przez 5 min za pomocą oprogramowania do śledzenia zachowań, uwzględniając dystans lokomocyjny oraz aktywność ruchową. Po każdym teście aparatury oczyszczano 75% etanolem.
Pobieranie próbek:
Myszy, które padły w trakcie procedury CUMS lub wykazywały objawy ciężkiej choroby (np. spadek masy ciała >20%, widoczna infekcja lub niezdolność do poruszania się), zostały wykluczone z badania. Eutanazję przeprowadzono przez certyfikowany personel poprzez podanie przedawki pentobarbitalu sodu (150 mg/kg, doglebowo). Po utracie przytomności zastosowano zwichnięcie kręgów szyjnych jako metodę pomocniczą w celu potwierdzenia śmierci. Do analiz barwienia Nissla i immunofluorescencji w sposób losowy wybrano trzy myszy z każdej grupy. Tkanki hipokampa do analizy western blot zostały natychmiast wycięte na lodzie i zamrożone szokowo w ciekłym azocie.
Barwienie metodą Nissla:
Do barwienia metodą Nissla oraz analiz immunofluorescencyjnych myszy poddano głębokiej narkozie przy użyciu pentobarbitalu sodowego (150 mg/kg, d.o.) i poddano dekapitacji bez perfuzji transkardialnej. Mózgowia szybko usunięto i utrwalono w 4% paraformaldehydzie przez 24–48 h przed zatopieniem w parafinie. Przekroje parafinowe wykonano o grubości 3 μm. Sekcje parafinowe odparafinizowano poprzez sekwencyjną inkubację w roztworze do usuwania parafiny, etanolu absolutnego i 75% etanolu, a następnie przemyto bieżącą wodą. Przekroje mrożone, w stosownych przypadkach, doprowadzono do temperatury pokojowej, utrwalono utrwalaczem do tkanek przez 15 min i przemyto bieżącą wodą. Przekroje tkanek barwiono roztworem do barwienia metodą Nissla przez 2–5 min, przemyto wodą, różnicowano za pomocą 0,1% lodowatego kwasu octowego, a następnie przemyto w celu przerwania reakcji. Kontrolowano różnicowanie pod mikroskopem, po czym próbki wysuszono, przejaśniono w ksylenie przez 10 min i zamontowano w neutralnym medium montażowym.
Immunofluorescencja:
Procedury immunofluorescencyjne przeprowadzono zgodnie ze standardowymi metodami. Tkanka mózgu została utrwalona w 4% paraformaldehydzie i zatopiona w parafinie w celu przeprowadzenia barwienia immunofluorescencyjnego. Przekroje tkanek inkubowano przez noc w temperaturze 4°C z przeciwciałami pierwszorzędowymi przeciwko NeuN (1:200), MLKL (1:300), ATF4 (1:5000) i CREB (1:1000). Po inkubacji z przeciwciałami pierwszorzędowymi przekroje przemyto czterokrotnie PBS i inkubowano przez 1 h w ciemności z odpowiednimi fluorescencyjnymi przeciwciałami wtórnymi: sprzężonym z CY3 kozim przeciwciałem anty-mysie IgG (1:300, Servicebio, GB21301) dla mysiego anty-ATF4; sprzężonym z Alexa Fluor 488 kozim przeciwciałem anty-mysie IgG (1:400, Servicebio, GB25301) dla mysiego anty-MLKL; sprzężonym z CY3 kozim przeciwciałem anty-króliczym IgG (1:300, Servicebio, GB21303) dla króliczego anty-NeuN; oraz sprzężonym z Alexa Fluor 488 kozim przeciwciałem anty-króliczym IgG (1:400, Servicebio, GB25303) dla króliczego anty-CREB. Następnie przekroje barwiono DAPI przez 10 min w temperaturze pokojowej, przemyto PBS i zamontowano w medium anty-fade, a obrazy fluorescencyjne pozyskano przy użyciu mikroskopii konfokalnej.
Western Blot:
Tkanki mózgu homogenizowano w buforze do lizy RIPA (radioimmunoprecipitation assay). Oznaczono stężenia białek i 20 μg całkowitego białka w każdej ścieżce rozdzielono za pomocą 10% elektroforezy w żelu poliakrylamidowym z dodatkiem dodecylosiarczanu sodu (SDS-PAGE) przed przeniesieniem na membrany z polifluorku winylidenu (PVDF). Po blokowaniu membrany inkubowano przez noc w temperaturze 4°C z przeciwciałami pierwszorzędowymi (1:1000), a następnie inkubowano z przeciwciałami wtórnymi sprzężonymi z peroksydazą chrzanową (HRP) przez 1 h. Prążki białkowe wizualizowano za pomocą systemu obrazowania chemiluminescencyjnego, a intensywność prążków określono ilościowo przy użyciu oprogramowania ImageJ. W analizie western blot tkanek hipokampa badano po dwie myszy z grupy; przedstawiono reprezentatywne immunobloty. W przypadku eksperymentów na komórkach HT-22 analizę western blot przeprowadzono jednokrotnie jako eksperyment reprezentatywny. Dane te przedstawiono jako jakościowe obserwacje trendów, a nie jako ilościowo określone statystycznie wyniki.
Analiza statystyczna:
Różnice między grupami analizowano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA), a następnie testu wielokrotnych porównań Tukeya. Dane przedstawiono jako średnią ± odchylenie standardowe (SD). Wartość p < 0,05 uznano za istotną statystycznie.
Dostępność danych:
Zbiory danych wygenerowane i przeanalizowane w ramach niniejszego badania zostały zawarte w opublikowanym artykule oraz w jego materiałach uzupełniających. Wyniki identyfikacji związków metodą UHPLC-HRMS przedstawiono w Tabeli uzupełniającej 1, a charakterystyka zbiorów danych GEO wykorzystanych w analizach bioinformatycznych została podsumowana w Tabeli uzupełniającej 2. Dodatkowe dane wspierające, w tym immunofluorescencja GFAP (Rycina uzupełniająca 1), barwienie immunofluorescencyjne p-RIPK3 i p-MLKL (Rycina uzupełniająca 2), schemat projektu doświadczalnego i harmonogram przydziału zwierząt (Rycina uzupełniająca 3) oraz oryginalne, nieprzycięte obrazy z analizy western blot (Rycina uzupełniająca 4), są dostępne w materiałach uzupełniających.