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浙江大学李晓明教授团队在《自然医学》发文揭示大麻治疗抑郁症新机制

发布时间:2019-01-15来源:浙大新闻办作者:者也 卢绍庆18

最近,浙江大学医学院李晓明教授团队在抑郁症研究方面取得重大突破。当地时间1月14日,国际医学顶级期刊《自然医学》(Nature Medicine,五年平均影响因子33.409)刊发该团队最新研究成果Cannabinoid CB1 receptors in the amygdalar cholecystokinin glutamatergic afferents to nucleus accumbens modulate depressive-like behavior”。该研究发现了一条参与抑郁症发病的新神经环路并揭示了大麻治疗抑郁症的新机制。本课题主要由博士研究生沈晨杰、郑迪、李可心等在李晓明教授的指导下完成。2014级博士研究生沈晨杰是论文的第一作者,李晓明教授是论文的通讯作者。该研究得到了浙江大学胡海岚教授、段树民院士等的大力帮助。

抑郁症是一种最常见的精神疾病,严重困扰患者的生活和工作,给家庭和社会带来沉重的负担,目前我们对抑郁症的病理机制仍然知之甚少。临床上对于抑郁症的诊断主要通过患者自述,并且,临床针对抑郁症的治疗药物主要是通过提高脑内化学递质的水平来达到抗抑郁的效果,起效很慢,而且只在20~30%左右的病人中起效。因此,研究抑郁症的发病机制对于其诊断和治疗具有重要意义。

首先,他们发现了参与抑郁症发病的一条新的神经环路-杏仁核的胆囊收缩素阳性神经元投射到伏隔核的抑制性神经元,进一步发现在社会压力应激导致的抑郁动物模型中,该环路的突触活动显著增强,利用光遗传技术抑制这条神经环路的活动可以有效克服抑郁症状。其次,他们发现大麻素受体在这条环路特异性表达,并且在抑郁动物模型中该环路上的大麻素受体表达显著降低。敲降该环路上的大麻素受体也可以导致环路突触活动增强和小鼠易感抑郁的表型。更重要的是,他们发现外源性地给予人工合成的大麻可以逆转社会压力导致的抑郁样行为。这些发现不仅揭示了大麻抗抑郁的分子和环路机制,推进了人们关于抑郁症发病机理的认识,并为抑郁症的临床诊断和治疗提供了新的分子靶点。

大脑“恐惧中心”杏仁核存在两条感知“愉悦”和“厌恶”的神经环路

在长达五年的研究中,浙江大学李晓明教授团队主要关注一个叫做杏仁核的脑区。杏仁核位于掌管情绪的边缘系统中,在大脑深处,因形状酷似杏仁而得名。杏仁核在下至爬行动物、上至人类的大脑都存在,传统研究表明,杏仁核主要掌管我们的恐惧记忆。但是近些年来研究认为,杏仁核可能参与情绪的编码。

他们首先利用原位杂交等技术分析了杏仁核的基因图谱,意外地发现一种名为胆囊收缩素的肽类在杏仁核高表达。为了研究这类胆囊收缩素阳性神经元在情绪编码中的作用,他们采用一种名为“实时位置条件偏好”的行为范式,他们将小鼠放入一个可以自由穿梭的两箱内,然后在一侧箱子给予光遗传刺激(即用光控制神经元活动)激活小鼠脑内杏仁核的胆囊收缩素肽类神经元。课题组在观察小鼠行为的时候,有趣的事情发生了。他们发现,小鼠一旦进入光刺激区域时,几秒后,它就会快速逃回另一侧。久而久之,小鼠就不愿到光刺激区域探索。这就说明,光激活杏仁核的胆囊收缩素神经元带给了小鼠“厌恶”的情绪体验。相反,课题组发现,如果利用光遗传同样地激活杏仁核不表达胆囊收缩素的神经元,小鼠会表现出对光照区域的“喜爱”,这就说明这些杏仁核胆囊收缩素阳性和阴性神经元编码了“厌恶”和“愉悦”两种截然相反的情绪体验。

进一步研究发现,这两群杏仁核神经元除了基因表达的差异,它们在神经环路投射上也存在很大的区别。虽然这两群杏仁核神经元都投射到一个叫做伏隔核的下游核团,但是胆囊收缩素阳性神经元主要和伏隔核表达多巴胺受体2型的抑制性神经元形成突触联系,相反,胆囊收缩素阴性神经元主要和伏隔核表达多巴胺受体1型的抑制性神经元形成突触联系。“这是首次同时从基因和环路的水平鉴定了杏仁核表达愉悦和厌恶的候选基因及其相关的神经环路。”李晓明教授解释道。

杏仁核相关的“厌恶”神经环路突触活动异常介导抑郁症状

临床抑郁症患者尸体解剖和影像学等证据都表明“杏仁核”的体积在抑郁症患者中增大,并且当抑郁症患者面对负性情绪刺激时,他们的杏仁核也被显著被激活,这提示杏仁核可能在抑郁症的发病过程中扮演着非常重要的作用。

为了证实杏仁核这两条编码“愉悦”和“厌恶”神经环路在抑郁症中的作用,他们用了一种名为“社会应激挫败”的抑郁模型。他们将实验小鼠放入攻击性强的CD1品系小鼠的笼子里,一旦实验小鼠进入,CD1小鼠会立即追打和攻击实验小鼠,这个攻击过程持续10分钟,连续10天。在第11天,这些实验小鼠被放入一个社会交互的旷场中,将CD1小鼠放在旷场中央,一部分小鼠表现出社会逃避,不愿意和CD1小鼠进行社会交流,他们称这些小鼠是悲观型小鼠。课题组进一步利用“悬尾实验”和“糖水偏好实验”发现,这些悲观小鼠表现出“行为绝望”和“快感缺失”,即当被倒立悬挂时,悲观小鼠更早地表现出放弃挣扎的状态,并且它们对平时喜欢的糖水奖励也无动于衷。相反,另外一群小鼠在经历10天社会应激后,在第11天仍然愿意与CD1小鼠进行交流,这些小鼠被称为乐观型小鼠。“生活中,即使面对同样的压力时,有部分人更容易消沉,甚至进入长期的抑郁状态,这与他们大脑有关。”该论文的第一作者沈晨杰博士解释道。

接着,他们利用离体脑片电生理记录等技术发现,杏仁核相关“厌恶”神经环路的活动在悲观型小鼠中异常活跃,如果人为地光遗传学抑制杏仁核“厌恶”环路的神经元活动,可以逆转悲观型小鼠的抑郁样症状,表现为悲观型小鼠主动接近CD1小鼠与它交流,并且掉入水中的求生欲和对糖水的喜好都大大增强。相反,如果在正常小鼠中持续激活脑内杏仁核的“厌恶”环路,这些正常小鼠慢慢地表现出行为绝望和快感缺失的抑郁样表型。“这就说明脑内杏仁核胆囊收缩素相关的厌恶环路可以双向调节抑郁行为,这为以后治疗抑郁症提供了一个新的治疗策略。”该论文的第二作者郑迪博士说。 

大麻素受体“刹车失灵”介导抑郁小鼠中“厌恶”环路突触活动的增强

为了进一步研究悲观小鼠杏仁核相关“厌恶”环路活动增强的具体分子机制,他们利用原位杂交技术发现,大麻素受体大量表达在杏仁核胆囊收缩素肽类神经元阳性的“厌恶”神经环路中。

什么是大麻素受体?大麻素受体是人的中枢神经系统中表达量最高的G蛋白偶联受体之一。大麻素受体主要位于突触前膜,脑内的大麻素受体不仅可以被令人上瘾的大麻主要成分植物性大麻素THC所激活,也可以被存在于神经系统突触后膜产生的内源性大麻素N-花生四烯酸氨基乙醇和2-花生四烯酸甘油所激活。当神经环路上的突触活动过强时,突触后的神经元会产生内源性大麻素“逆行”到突触前激动大麻素受体,被激活的大麻素受体可以抑制突触前递质的释放,从而起到反馈性的调节,“如果把神经环路的突触活动比作为高速行驶的汽车,那脑内的大麻素受体就是这辆汽车的刹车系统。”沈晨杰博士说。

小鼠脑内杏仁核区域胆囊收缩素(Cholecystokinin,CCK)和大麻素受体(Cannabinoid receptors,CB1)共表达情况

这些在杏仁核“厌恶”环路中高表达的大麻素受体和抑郁症又有什么关系呢?他们在悲观小鼠的脑内发现,其大麻素受体的表达水平较对照组小鼠和乐观小鼠明显降低,离体和在体电生理证据表明,悲观小鼠脑内降低的大麻素受体表达使得杏仁核表达‘厌恶’的神经环路,其面对压力时的过度突触活动不能被有效抑制。并且,如果利用病毒敲降正常小鼠“厌恶”环路中的大麻素受体,这些小鼠会表现出对压力的易感性,即当它们面对社会应激压力时,更容易表现出抑郁样的行为表型。

“我们的结果证明大麻素受体对于杏仁核“厌恶”情绪的表达至关重要,一旦其表达或功能下降,都会导致杏仁核厌恶情绪的过度表达,就好比是行驶在高速公路上无法刹车的汽车,最终酿成大祸”,沈晨杰博士解释道,“并且,值得注意的是,2007年一款一度被推崇的新型减肥药,也就是大麻素受体的拮抗剂利莫那班在全球市场被紧急撤回,主要是因为它在减肥的同时还会导致抑郁,我们的研究提供了大麻素受体功能下调导致抑郁症的神经环路解释。” 

医用大麻:抗抑郁治疗的新曙光

早在千年之前传统医学的经典文献《皇帝内经》中,就记载了古人医用大麻的案例。大麻是一种非常有效的止痛剂,同时对恶心、呕吐也有较好的疗效。大麻的医用史可追溯到 5000 年以前,可以用于疼痛、呕吐、癫痫等。

既然抑郁小鼠中杏仁核“厌恶”环路中的大麻素受体表达下降,导致了突触活动增强和厌恶情绪过度表达。那么如果人为给予外源性大麻素,能否起到抗抑郁效果呢?他们利用套管注射等方法,在抑郁小鼠脑内注射了人工合成的大麻,发现可以有效地逆转小鼠的抑郁样症状。“医用大麻用于抑郁症的治疗仍有很长一段路要走”,李晓明教授说,“但是,我们的研究提示大麻素受体可以作为一个抑郁症诊断的分子标记物,我们目前已经成功设计并合成了针对大麻素受体的临床用PET示踪剂,正在开展相关的临床研究。”

据悉,Nature Medicine 杂志评审专家对这一研究给了很高的评价,“这项工作非常新颖,具有高度的原创性,实验设计严谨,利用多种技术从分子、细胞、环路和行为等不同层面,在概念上更新了我们对重度抑郁症发病机理,应激神经生物学和杏仁核环路结构和功能的认识,并必将对这些领域产生重要影响。”“实验设计巧妙,结果不仅有趣,而且非常有实用价值,具有广泛的意义。”“这项工作提供了让人信服的数据,证明了杏仁核胆囊收缩素阳性神经元到伏隔核环路中的大麻素受体在调节抑郁样症状中的重要性。”

该研究得到国家自然科学基金重点项目和“情感和记忆的神经环路基础”重大计划集成项目等的资助。  

(文 者也/摄影 卢绍庆)

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41591-018-0299-9