2025年11月
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糖鎖異常がうつ病を引き起こす分子経路を特定 韓国IBS

韓国の基礎科学研究院(IBS)は10月4日、慢性的なストレスが前頭前皮質における糖鎖(O-グリカン)を変化させ、うつ病を引き起こす新たな分子経路を特定したと発表した。研究成果は学術誌Science Advancesに掲載された。

うつ病は無気力や睡眠障害、社会的引きこもりなどを引き起こす深刻な疾患であり、2025年時点で世界で約2億8000万人が罹患しているとされる。既存の抗うつ薬の多くは神経伝達物質セロトニンを調節する仕組みに基づくが、効果は患者の半数程度にとどまり、副作用も報告されている。このため、研究チームは神経伝達物質以外の新たな分子経路の解明を目指した。

チームはまず、高性能質量分析法を用いて健康なマウスの脳9領域におけるO-グリコシル化パターンを解析した。各領域で異なる特徴が確認され、続いて慢性的ストレスを受けたマウス脳と比較した結果、前頭前皮質をはじめとする複数の領域でO-グリコシル化の変化が顕著であった。特に、糖鎖末端にシアル酸を付加してタンパク質を安定化させる「シアリル化」の減少と、それを媒介する酵素St3gal1の発現低下が確認された。

次に、この酵素がうつ病様行動に関与するかを調べるため、マウスの前頭前皮質でSt3gal1の発現量を操作した。正常マウスでSt3gal1を抑制すると、ストレスを与えなくても意欲の低下や不安の増加といったうつ病様行動が見られた。一方、ストレス負荷マウスでSt3gal1を増加させると、行動の改善が観察された。これにより、St3gal1の減少がうつ病の直接的な誘因となることが示された。

さらにタンパク質解析と電気生理学的実験により、St3gal1の低下がシナプス接着タンパク質ニューレキシン2(NRXN2)などの糖鎖構造を不安定化させ、抑制性ニューロンの機能を阻害することが明らかになった。研究チームは、糖鎖構造のわずかな変化が神経回路の結合と安定性を同時に損ない、脳の情動制御システムを崩壊させることを示した。

研究を主導したイ・ボヨン(Lee Boyoung)研究員は「脳内の異常な糖鎖構造がうつ病の発症に直接関連していることを示しています」と述べた。C・ジャスティン・リー(C. Justin Lee)所長は「この成果はうつ病だけでなく、PTSDや統合失調症など他の精神疾患にもつながる可能性があります」と述べている。

Figure 1. Research strategy for identifying changes in brain O-glycosylation in a depression model
A mouse model displaying depression-like behaviors was established by exposing animals to chronic variable stress (left). A multi-omics approach was then applied, using high-resolution mass spectrometry to analyze O-glycan composition and protein alterations across nine distinct brain regions (center). This analysis revealed a pronounced reduction in sialylation and downregulation of the glycosyltransferase St3gal1 in the prefrontal cortex, together with associated changes in synaptic proteins and inhibitory neuronal function (right). Through this integrated strategy, the study demonstrated a direct link between brain O-glycosylation abnormalities and depression-like behaviors.

Figure 2. Altered brain O-glycosylation in control and stressed mice
O-glycan expression patterns were compared across nine brain regions in control (CON) and chronic variable stress (CVS) mice (left). Region-specific glycosylation profiles were observed throughout the brain, with stress-induced changes most pronounced in the prefrontal cortex (PFC), cerebellar cortex (CC), olfactory bulb (OLB), and diencephalon (DIE) (right). These findings indicate that chronic stress disrupts O-glycosylation, particularly O-glycan sialylation, in specific brain regions, potentially contributing to depression-like behaviors.

Figure 3. Induction of depression-like behaviors by reduced St3gal1 expression in the mPFC
Injection of a virus suppressing St3gal1 expression (shSt3gal1) into the prefrontal cortex of normal mice induced depression-like behaviors. These mice exhibited increased latency to feed in a novel environment, reflecting heightened anxiety and reduced feeding motivation (NSFT, novelty-suppressed feeding test), as well as decreased sucrose preference, indicating anhedonia (SPT, sucrose preference test).

Figure 4. Alleviation of depression-like behaviors by restoring St3gal1 expression in the mPFC
Injection of a virus enhancing St3gal1 expression (St3gal1-GFP) into the medial prefrontal cortex (mPFC) of mice exposed to chronic variable stress (CVS) markedly alleviated depression-like behaviors. Stressed mice expressing GFP alone (CVS.GFP) showed prolonged latency to feed in a novel environment, indicating heightened anxiety and reduced feeding motivation (NSFT), as well as increased immobility, reflecting despair-like behavior or passive stress-coping behavior (TST). In contrast, mice with restored St3gal1 expression (CVS.St3gal1-GFP) exhibited significant behavioral improvement. These findings suggest that restoration of St3gal1 expression in the mPFC can mitigate depression-related behaviors.
(出典:いずれもIBS)

サイエンスポータルアジアパシフィック編集部

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