【原】Cell：南方醫(yī)科大學(xué)朱心紅團(tuán)隊(duì)揭示感覺(jué)新皮層應(yīng)對(duì)壓力抵抗的新機(jī)制

腦聲常談 2023-04-23 發(fā)布于上海

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南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院/琶洲實(shí)驗(yàn)室朱心紅教授團(tuán)隊(duì)基于經(jīng)典的抑郁模型-社會(huì)失敗模型（Chronic Social Defeat Stress, CSDS）探索心理韌性發(fā)生的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制， 2023年3月30日在Cell上發(fā)表“A thalamic- primary auditory cortex circuit mediates resilience to stress”。（DOI:10.1016/j.cell.2023.02.036）揭示了應(yīng)對(duì)壓力抵抗恢復(fù)的新皮層腦區(qū)參與機(jī)制。

面對(duì)壓力和創(chuàng)傷，只有小部分人會(huì)迅速發(fā)展為嚴(yán)重抑郁癥，而大多數(shù)人會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的恢復(fù)力，甚至很大一部分抑郁癥患者都表現(xiàn)出自發(fā)康復(fù)，表明這些人具有恢復(fù)力。慢性壓力下的復(fù)原力是以健康的方式從逆境中恢復(fù)過(guò)來(lái)的能力，由多個(gè)腦回路功能的適應(yīng)性變化調(diào)節(jié)，揭示促進(jìn)這種恢復(fù)力的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制有望導(dǎo)致更有效的抑郁癥預(yù)防策略和治療。研究表明重度抑郁患者（Major depressive disorder，MDD）患者的視覺(jué)皮層功能障礙和強(qiáng)光治療可以減輕MDD患者的抑郁癥狀并逆轉(zhuǎn)嚙齒動(dòng)物的抑郁表型。臨床觀察表明MDD患者的聽覺(jué)感知能力也受損，而許多研究描述了音樂(lè)療法對(duì) MDD的影響。感覺(jué)新皮層如何處理壓力特征仍然知之甚少。

在本研究中朱心紅教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)CSDS期間的早期攻擊誘導(dǎo)內(nèi)側(cè)膝狀體（ipsilateral medial geniculate body，MG）中谷氨酸能神經(jīng)元的短期超極化，該神經(jīng)元投射到RES小鼠的同側(cè)初級(jí)聽覺(jué)皮層（primary auditory cortex，A1）（稱為 MG^A1神經(jīng)元）MG^A1神經(jīng)元的這種短暫的神經(jīng)可塑性通過(guò)突觸前腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)-原肌球蛋白受體激酶B ( TrkB) 在隨后的應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)出信號(hào)，從而激活MG^PV神經(jīng)元，調(diào)節(jié)應(yīng)激彈性。

圖一 CSDS后，RES小鼠A1中PV-INs激活增加

為了研究抑郁癥神經(jīng)回路的CSDS相關(guān)動(dòng)力學(xué)，作者采用了轉(zhuǎn)基因Fos-tTA；Fos-EGFP小鼠，在暴露于環(huán)境刺激后通過(guò)測(cè)量EGFP熒光來(lái)量化腦區(qū)c-Fos 表達(dá)。在CSDS之后的第一天，與對(duì)照動(dòng)物相比，被打敗的小鼠沒(méi)有表現(xiàn)出社交回避行為，并且熒光測(cè)定顯示大多數(shù)大腦區(qū)域的c-Fos陽(yáng)性細(xì)胞強(qiáng)度較低。研究人員在CSDS模型的抵抗鼠（RES）中發(fā)現(xiàn)，初級(jí)聽覺(jué)皮層（A1）中c-Fos陽(yáng)性細(xì)胞的熒光強(qiáng)度低于對(duì)照組。免疫熒光、膜片鉗技術(shù)和鈣成像發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象是由于PV-INs激活所介導(dǎo)的抑制作用增加，導(dǎo)致CSDS后RES小鼠A1神經(jīng)元活性降低。

圖二激活A1中的PV-IN產(chǎn)生抗抑郁樣作用

為了確定激活A1中的 PV-IN 是否會(huì)產(chǎn)生抗抑郁樣作用，首先使用蠅蕈醇沉默A1神經(jīng)元，蠅蕈醇是γ-氨基丁酸A型受體（GAB_AAR）的激動(dòng)劑，雙側(cè)注入成年C57BL/6J小鼠的A1，模擬PV-IN的激活。與輸注生理鹽水的小鼠相比，在A1中輸注蠅蕈醇可顯著減少小鼠在強(qiáng)迫游泳試驗(yàn)（FST）中的不動(dòng)時(shí)間，而不會(huì)影響動(dòng)物運(yùn)動(dòng)能力。雙側(cè)輸注蠅蕈醇到A1逆轉(zhuǎn)了SUS小鼠中由CSDS范式誘導(dǎo)的社會(huì)回避行為，而輸注蠅蕈醇對(duì)對(duì)照動(dòng)物的社會(huì)行為沒(méi)有影響，表明激活A1中的PV-IN輸入會(huì)產(chǎn)生抗抑郁作用。

圖三激活MG^A1神經(jīng)元產(chǎn)生抗抑郁樣作用

作者通過(guò)病毒示蹤發(fā)現(xiàn)，A1中PV-IN的大多數(shù)長(zhǎng)程輸入來(lái)自同側(cè)MG（內(nèi)側(cè)膝狀體），這是丘腦通往聽覺(jué)皮層的主要通道，研究人員將投射到A1 PV-IN的MG神經(jīng)元稱為“MG^PV神經(jīng)元”。在FST和10天CSDS范式中，化學(xué)遺傳學(xué)激活MG-A1神經(jīng)元產(chǎn)生了抗抑郁樣作用。此外，化學(xué)遺傳學(xué)激活MG^PV神經(jīng)元逆轉(zhuǎn)了SUS小鼠社會(huì)接觸比率的下降。A1中輸注CNQX（AMPAR阻斷劑）和D-AP5（NMDAR阻斷劑）減弱了MG^A1神經(jīng)元激活誘導(dǎo)的抗抑郁樣作用，證明MG^A1神經(jīng)元是谷氨酸能神經(jīng)元。以上結(jié)果表明CSDS后RES小鼠A1中PV-IN激活增加介導(dǎo)的丘腦驅(qū)動(dòng)抑制機(jī)制的存在。

圖四 MG^PV神經(jīng)元激活的增加有助于恢復(fù)心理韌性

MG^PV神經(jīng)元主要分布在A1的 L2-4層，在驗(yàn)證通過(guò)CNO注射激活表達(dá) hM3Dq的MG^PV神經(jīng)元的方法后，對(duì)小鼠進(jìn)行了一系列行為測(cè)試（圖 4B）。在FST中，與對(duì)照小鼠相比，給與CNO顯著減少了hM3Dq小鼠的不動(dòng)時(shí)間，而對(duì)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)能力幾乎沒(méi)有影響。在為期10天的CSDS范例中，化學(xué)遺傳學(xué)激活 MG^PV神經(jīng)元逆轉(zhuǎn)了SUS小鼠接觸比率的下降，而給與CNO后對(duì)對(duì)照組SUS小鼠沒(méi)有影響。化學(xué)遺傳學(xué)抑制雙側(cè)MG^PV神經(jīng)元對(duì)FST中PV-cre小鼠導(dǎo)致在強(qiáng)迫游泳模型中不動(dòng)時(shí)間增加，同時(shí)降低RES小鼠比例，誘導(dǎo)抑郁樣表型。MG^PV神經(jīng)元的缺失減弱了通過(guò)激活A1中的PV-IN誘導(dǎo)的RES小鼠比例的增加。

圖五 CSDS后RES小鼠的MG^PV神經(jīng)元丘腦輸入增強(qiáng)

在小鼠中進(jìn)行10天CSDS范式后，研究人員對(duì)來(lái)自對(duì)照、SUS和RES小鼠A1的25868個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單核RNA測(cè)序（snRNA-seq）。對(duì)測(cè)序結(jié)果中的PV-INs進(jìn)行了重新聚類，發(fā)現(xiàn)III型PV-INs僅限于RES小鼠的A1中。在AMPA受體的四個(gè)亞基中，GluA2（由Gria2編碼）在A1 PV-INs中高度表達(dá)。并進(jìn)一步證明，MGPV神經(jīng)元的丘腦突觸輸入有助于CSDS后小鼠的抵抗性。通過(guò)記錄PV-cre小鼠A1 Ca²⁺瞬時(shí)變化狀態(tài)，確定了應(yīng)激相關(guān)信息在MG和A1之間的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)面對(duì)應(yīng)激CSDS早期攻擊誘導(dǎo)的MG^PV神經(jīng)元的短期超極化導(dǎo)致RES小鼠MG^PV神經(jīng)元激活增加。

圖六 MG^A1神經(jīng)元的短期超極化促進(jìn)了應(yīng)激彈性

作者為了確定壓力相關(guān)信息在MG和A1之間是如何傳遞的，使用GCaMP6f 作為Ca²⁺指示劑，記錄AI中PV-IN的Ca²⁺瞬時(shí)變化。在三種不同社會(huì)行為下記錄Ca²⁺成像。在RES小鼠中，雖然在失敗的第一天到第三天的三種社會(huì)行為下，A1中PV-INs的Ca²⁺瞬變沒(méi)有觀察到顯著差異，但A1中PV-INs的Ca2⁺變化在接近回合期間更高與失敗第五天的攻擊和非接近回合相比，持續(xù)到失敗的第10天。接著運(yùn)用光遺傳學(xué)抑制MG^A1神經(jīng)元放電來(lái)模擬經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的MG^PV神經(jīng)元體內(nèi)短期超極化。MG^A1的脈沖光抑制導(dǎo)致入侵者MG^PV神經(jīng)元激活。MG^A1神經(jīng)元的脈沖光抑制對(duì)促進(jìn) PV-INs 響應(yīng)應(yīng)激的激活的影響可持續(xù)至少2周，在14天后檢查的方法中PV-INs中Ca²⁺變化的增加證明了這一點(diǎn)。經(jīng)過(guò)3天的光刺激方案后，幾乎所有光遺傳學(xué)抑制的SUS小鼠都逆轉(zhuǎn)了它們的社交回避行為，而在注射了對(duì)照病毒的SUS小鼠中沒(méi)有觀察到行為變化。早期攻擊引起的MG^PV神經(jīng)元短期超極化對(duì)于恢復(fù)力至關(guān)重要。

圖七突觸前BDNF-TrkB信號(hào)介導(dǎo)丘腦輸入到MG^PV神經(jīng)元的突觸發(fā)生

為了探究Bdnf-TrkB信號(hào)傳導(dǎo)是否參與了CSDS后RES小鼠MG^PV神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)變化。于是運(yùn)用體內(nèi)微透析檢測(cè)BDNF的細(xì)胞外濃度，光遺傳學(xué)抑制小鼠A1區(qū)4小時(shí)后發(fā)現(xiàn)BDNF水平增加。繼而注射病毒敲低MG^A1神經(jīng)元中的TrkB使SUS小鼠的百分比增加到81%。綜上表明，在丘腦初級(jí)聽覺(jué)回路中促進(jìn)突觸前BDNF-TrkB信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)應(yīng)激后的抵抗作用至關(guān)重要。

綜上所述，朱心紅教授團(tuán)隊(duì)在CSDS動(dòng)物上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)涉及初級(jí)聽覺(jué)區(qū)域的微環(huán)路，它介導(dǎo)了對(duì)壓力的自然抵抗（心理韌性）和其中的分子機(jī)制。MG的丘腦輸入激活A1中的PV中間神經(jīng)元，這對(duì)于暴露于慢性社交挫敗應(yīng)激后小鼠的心理韌性至關(guān)重要。為了應(yīng)對(duì)慢性社會(huì)壓力，A1中PV中間神經(jīng)元被丘腦輸入的短期超極化激活，引發(fā)BDNF-TrkB依賴性突觸前突觸發(fā)生以促進(jìn)應(yīng)激。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激事件引起的內(nèi)側(cè)膝狀體谷氨酸神經(jīng)元超極化是應(yīng)激抵抗的早期事件，光遺傳學(xué)方法模擬內(nèi)側(cè)膝狀體谷氨酸神經(jīng)元的超極化，可在多種動(dòng)物模型上產(chǎn)生長(zhǎng)效抗抑郁樣效應(yīng)，模仿短期超極化可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的抗抑郁樣作用，該研究闡明了一種全新長(zhǎng)效抗抑郁的神經(jīng)機(jī)制。