近期，華中科技大學(xué)朱鈴強(qiáng)、劉丹教授團(tuán)隊(duì)在 Neuron 雜志發(fā)表了題為“Noninvasive tactile stimulation engaging a thalamic-amygdala circuit ameliorates mood dysfunction in mouse models of depression-like behavior"的研究論文^[1]。

高手過(guò)招

研究人員建立了一種基于觸覺(jué)的行為范式——觸覺(jué)體驗(yàn)豐富化 (TEE)——其核心作用是在多種小鼠情緒障礙模型中發(fā)揮顯著的抗抑郁和抗焦慮效應(yīng)。

機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，TEE 并非通過(guò) mPFC 到 BLA 的通路發(fā)揮作用 (該通路在疾病中通常受損) 。相反，TEE 繞過(guò)了受損的投射，通過(guò)激活一條此前未被充分關(guān)注的丘腦-杏仁核回路 (Re^Exc-BLA^Inh) 實(shí)現(xiàn)這一效果。

具體而言，TEE 可激活 Re 核的興奮性神經(jīng)元 (Re^Exc) ，這些神經(jīng)元進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)基底外側(cè)杏仁核 (BLA) 的抑制性神經(jīng)元 (BLA^Inh) ，通過(guò)前饋抑制機(jī)制降低 BLA 興奮性神經(jīng)元的過(guò)度激活，從而恢復(fù) BLA 內(nèi)的興奮/抑制 (E/I) 平衡。該回路是皮質(zhì)損傷后情緒調(diào)節(jié)的一種補(bǔ)償性且可靶向的通路。即使在皮層完整性受損的情況下，通過(guò)化學(xué)遺傳學(xué)方法激活 Re^Exc-BLA^Inh 通路也能重現(xiàn) TEE 的行為效應(yīng)。

這些發(fā)現(xiàn)揭示了一種此前未被認(rèn)識(shí)的的機(jī)制，即外周觸覺(jué)輸入如何激活皮層下情感網(wǎng)絡(luò)，這可能為情緒障礙的干預(yù)提供新的回路靶點(diǎn)和非侵入性治療策略。

卒中后抑郁 (Post-stroke Depression, PSD) 是腦卒中 (腦中風(fēng)) 的并發(fā)癥之一，主要表現(xiàn)為腦卒中后一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)情緒低落、興趣減退等抑郁相關(guān)癥狀^[2]。

首先是模型的建立。將 1 μL 內(nèi)皮素-1 (ET-1) 注射至小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮層 (mPFC) (圖 1A) ?！ㄟ^(guò)破壞這一關(guān)鍵情緒調(diào)控腦區(qū)，誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)持續(xù)的抑郁與焦慮樣行為。

圖 1. PSD 小鼠、光化學(xué)血栓性丘腦梗死小鼠和光化學(xué)血栓性卒中模型小鼠情感障礙的行為表型分析^[1]。

小鼠 ET-1/生理鹽水注射部位示意圖。 (B) 代表性圖像顯示了注射生理鹽水 (假手術(shù)組) 和 ET-1 (PSD 組) 小鼠 mPFC 區(qū)域的甲酚紫 (CV) 染色腦切片。待放大區(qū)域以黑色方框標(biāo)出。 (C) 假手術(shù)組和 PSD 組小鼠腦切片經(jīng) 2,3,5-氯化三苯基四氮唑 (TTC) 染色后的代表性圖像。白色虛線框標(biāo)出了疑似卒中病灶區(qū)域。白色和藍(lán)色箭頭分別指示前扣帶回 (ACC) 和次級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層 (M2) 區(qū)域。 (D) 假手術(shù)組和 PSD 組小鼠 mPFC 區(qū)域梗死體積的定量分析。 (每組 n=6 只小鼠) 。

接著就得確認(rèn)下咱們的模型是否構(gòu)建成功。首先，術(shù)后 48 小時(shí)，注射部位存在局灶性缺血性損傷 (圖 1B–D) 。術(shù)后 1 周，與對(duì)照組相比，PSD 小鼠表現(xiàn)出顯著的情感異常。

——這里稍作展開(kāi)，像研究抑郁癥、自閉癥、阿爾茲海默癥、帕金森等神經(jīng)相關(guān)課題大都會(huì)涉及到小鼠的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。大家如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容，舉爪投個(gè)票，咱們就扯點(diǎn)別的！

表 1. 動(dòng)物行為學(xué)分析類型及實(shí)驗(yàn)。

言歸正傳！PSD 小鼠顯著的情感異常具體表現(xiàn)為：曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn) (OFTs) 中中心區(qū)探索行為減少；高架十字迷宮 (EPMs) 開(kāi)放臂停留時(shí)間與移動(dòng)距離縮短；強(qiáng)迫游泳試驗(yàn) (FST) 和懸尾試驗(yàn) (TST) 中不動(dòng)時(shí)間增加；新奇抑制攝食試驗(yàn) (NSF) 潛伏期延長(zhǎng)；蔗糖偏好試驗(yàn) (SPT) 中蔗糖偏好度顯著降低。重要的是，曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)桿測(cè)試及圓柱體評(píng)估等測(cè)試均未顯示整體運(yùn)動(dòng)能力或運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性存在顯著損傷 (圖 2) 。

接下來(lái)，實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始！作者探究了一種非侵入性干預(yù)手段——觸覺(jué)刺激。據(jù)報(bào)道，通過(guò)暴露于豐富的環(huán)境 (Enriched environment, EE；一種廣泛用于行為神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)范式) 對(duì)嚙齒動(dòng)物進(jìn)行多感官刺激，可以增*腦的可塑性和中風(fēng)后功能恢復(fù)。

為探究其明確的神經(jīng)機(jī)制，研究者設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的觸覺(jué)體驗(yàn)豐富化 (Tactile-enriched experience, TEE) 裝置 —— 在實(shí)驗(yàn)小鼠的籠子里引入了定制的珠簾，該珠簾由四排塑料珠子組成。小鼠在籠內(nèi)自由活動(dòng)或進(jìn)食時(shí)，可以穿過(guò)珠簾，使其身體表面接受觸覺(jué)刺激 (圖 1A) 。

圖 3. 實(shí)驗(yàn)造模、分組及時(shí)間線方案^[1]。

在 PSD 組和對(duì)照組 (Sham) 內(nèi)側(cè)前額葉皮層 (mPFC) 注射 ET-1 或生理鹽水 1 周后，小鼠被分為 TEE 亞組 (觸覺(jué)體驗(yàn)豐富環(huán)境) 和 SE 亞組 (標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境) 。這些亞組隨后被安置在獨(dú)立的籠中。1 個(gè)月后，所有小鼠均接受行為學(xué)測(cè)試及后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

這種 TEE 飼養(yǎng)環(huán)境維持一個(gè)多月，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。期間每周清潔珠簾并更換墊料，以確保清潔衛(wèi)生。相比之下，對(duì)照組小鼠則飼養(yǎng)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下。當(dāng)然，為了大家迷糊，對(duì)本文的實(shí)驗(yàn)分組做簡(jiǎn)要梳理，大家可隨時(shí)查看。

行為學(xué)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò) TEE 干預(yù)后，PSD 小鼠在強(qiáng)迫游泳、懸尾測(cè)試中的絕望行為顯著減少，在蔗糖偏好測(cè)試中的快感缺失逆轉(zhuǎn)為對(duì)蔗糖偏好度增加。此外，曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)顯示，PSD 小鼠焦慮水平降低或探索行為增加。證明豐富的觸覺(jué)刺激具有抗抑郁效應(yīng)。

               

圖 4. TEE 處理緩解 PSD 小鼠抑郁樣及焦慮樣行為^[1]。

 (A-D) 對(duì) Sham-SE、Sham-TEE、PSD-SE 和 PSD-TEE 小鼠進(jìn)行了行為學(xué)評(píng)估，包括強(qiáng)迫游泳試驗(yàn) (FST) (A) 、懸尾試驗(yàn) (TST) (B) 、新奇抑制進(jìn)食試驗(yàn) (NSF) (C) 和 1% 蔗糖偏好試驗(yàn) (SPT)  (D) 每組 n=8 只小鼠。 (E 和 F) 進(jìn)行了曠場(chǎng)試驗(yàn) (OFT) 行為學(xué)評(píng)估。 (E) 不同組小鼠在 OFT 中的代表性運(yùn)動(dòng)軌跡。 (F) 左圖顯示總運(yùn)動(dòng)距離，右圖顯示不同組小鼠在 OFT 中于中心區(qū)域停留的時(shí)間 (每組 n=8 只小鼠) 。 (G 和 H) 進(jìn)行了高架十字迷宮試驗(yàn) (EPM) 行為學(xué)評(píng)估。 (G) 不同組小鼠在 EPM 中的代表性運(yùn)動(dòng)軌跡熱圖。紅色和藍(lán)色矩形分別表示高架十字迷宮裝置的開(kāi)放臂和封閉臂。(H) 左圖顯示不同組小鼠在開(kāi)放臂中停留時(shí)間的百分比，右圖顯示不同組小鼠在開(kāi)放臂中行進(jìn)距離的百分比。每組小鼠數(shù)量為 n = 8 只。

在機(jī)制探究上，研究人員利用體內(nèi)電生理的全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)證實(shí)了 PSD 小鼠 BLA 中存在興奮性/抑制 (E/I) 失衡(興奮性神經(jīng)元群體：Exc；抑制性神經(jīng)元群體：Inh) 。TEE 處理可恢復(fù) PSD 小鼠 BLA 中受損的突觸及內(nèi)在電生理平衡，從而糾正與抑郁和焦慮表型相關(guān)的潛在 E/I 失衡。

具體而言，在體內(nèi)電生理記錄中，與 Sham-SE 組相比，PSD-SE 組小鼠興奮性神經(jīng)元 (BLA^Exc ) 的放電頻率顯著增加，同時(shí)抑制性神經(jīng)元 (BLA^Inh) 的放電頻率明顯降低 (圖 5) 。TEE 處理可恢復(fù) PSD 小鼠 BLA 中內(nèi)在電生理平衡。

               

全細(xì)胞膜片鉗記錄結(jié)果顯示，在 PSD-SE 小鼠中，BLA 神經(jīng)元表現(xiàn)出自發(fā)性興奮性突觸后電流 (sEPSC) 頻率和幅度升高 (圖 6A–C) ，而 BLA 神經(jīng)元的 sEPSC 參數(shù)降低 (圖 6D–F) 。TEE 治療顯著逆轉(zhuǎn)了這些改變，使兩個(gè)神經(jīng)元群體的突觸活動(dòng)恢復(fù)正常 (圖 6) 。

圖 6. 對(duì)不同組小鼠的 BLA^Exc 神經(jīng)元和 BLA^Inh 神經(jīng)元進(jìn)行全細(xì)胞膜片鉗記錄^[1]。

 (A-C) 代表曲線 (A) 以及來(lái)自不同組小鼠的 BLA^Exc 神經(jīng)元的 sEPSC 頻率 (B) 和振幅 (C) 的統(tǒng)計(jì)分析。每組有 5 - 6 只小鼠，共 12 個(gè)細(xì)胞。 (D-F) 代表曲線 (D) 以及來(lái)自不同組小鼠的 BLA^Inh 神經(jīng)元的 sEPSC 頻率 (E) 和振幅 (F) 的統(tǒng)計(jì)分析。每組有 5 - 6 只小鼠，共 10 個(gè)細(xì)胞。

進(jìn)一步地，通過(guò)光遺傳學(xué)與跨腦區(qū)病毒示蹤技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn) TEE 介導(dǎo)的 PSD 小鼠 BLA 中 E/I 平衡恢復(fù)并不依賴于 mPFC-BLA 環(huán)路。

而是：Re^Exc 神經(jīng)元主要與 BLA^Inh 神經(jīng)元建立直接谷氨酸能突觸，進(jìn)而對(duì) BLA^Exc 神經(jīng)元產(chǎn)生前饋抑制作用。

具體而言，研究發(fā)現(xiàn) TEE 顯著增加了多個(gè)腦區(qū)的 c-FOS 神經(jīng)元數(shù)量，其中，僅 Re 與 BLA 存在解剖學(xué)連接。并且 Re 神經(jīng)元與 BLA 神經(jīng)元間建立的是強(qiáng)單突觸谷氨酸能連接。TEE 處理增強(qiáng)了 Re 中 CaMKII 陽(yáng)性興奮性神經(jīng)元的活性，這些 Re^Exc 神經(jīng)元投射至 BLA^Inh 神經(jīng)元并激活它們，從而間接抑制過(guò)度活躍的 BLA^Exc 神經(jīng)元，恢復(fù)興奮/抑制穩(wěn)態(tài)。

注：CaMKIIα 是腦谷氨酸能神經(jīng)元特異性的興奮性標(biāo)志物，常被用作標(biāo)記和操縱大腦谷氨酸能投射 (興奮性回路)的工具。

圖 7. 在光遺傳學(xué)激活 Re^Exc-BLA^Inh 神經(jīng)元 (ReExc 神經(jīng)元為紅色，BLA^Inh 神經(jīng)元為灰色) 的過(guò)程中，BLA^Exc 神經(jīng)元 (綠色) 的病毒注射及電生理記錄情況^[1]。

 

“前饋抑制"

對(duì)于“前饋抑制"，有些迷糊的小伙伴可以簡(jiǎn)單理解為在激活 A 的同時(shí)，抑制 B。例如，膝跳反射中的前饋抑制就是如此。伸肌在受到刺激而收縮時(shí)，屈肌會(huì)收到抑制信號(hào)。由于伸肌和屈肌在功能上相互拮抗，所以當(dāng)一組肌肉收縮時(shí)，另一組肌肉通常處于抑制狀態(tài)，這也就是“激活 A 的同時(shí)，抑制 B"。這種結(jié)構(gòu)能使目標(biāo)細(xì)胞的興奮過(guò)程被嚴(yán)格限制在極短的時(shí)間內(nèi)，避免過(guò)度激活，進(jìn)而調(diào)節(jié)傳入興奮信號(hào)的幅度和持續(xù)時(shí)間。

總之，該研究明確 Re^Exc-BLA^Inh 回路通過(guò)前饋抑制調(diào)節(jié)基底外側(cè)杏仁核 (BLA) 的興奮/抑制 (E/I) 平衡，而非依賴受損的皮質(zhì)通路 (如 mPFC-BLA) ，為情緒障礙提供了“旁路代償"的新機(jī)制。同時(shí)，在卒中后抑郁 (PSD) 、慢性社交挫敗應(yīng)激 (CSDS) 、慢性束縛應(yīng)激 (CRS) 等多種模型中均能通過(guò)激活該通路改善抑郁和焦慮樣行為，表明其對(duì)不同病因的情緒障礙具有廣譜調(diào)節(jié)作用。此外，非侵入性觸覺(jué)刺激 (TEE) 可通過(guò)激活該通路發(fā)揮療效，提示其可能成為情緒障礙的非藥物干預(yù)靶點(diǎn)，為臨床轉(zhuǎn)化提供了新思路。

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