丘脑网状核到外侧缰核通路调节慢性应激和慢性疼痛中的抑郁样行为

韩若冰

抑郁症（Depression）是一种常见的情绪障碍，也是全世界残疾的主要原因。慢性应激（Chronic restraint stress，CRS）和慢性疼痛是抑郁症的两个主要诱发因素。抑郁症患者的疼痛发生率很高，因此抑郁-疼痛共病的恶性循环是抑郁症治疗的重大挑战。外侧缰核（Lateral habenula，LHb）是主要进行负调节的单胺能脑区。研究表明， LHb的谷氨酸能神经元（ LHbGlu ）在接触厌恶刺激（如CRS或慢性疼痛）后被立即激活，并产生抑郁样行为；相反，LHb脑区的病变或LHb神经元的抑制可改善啮齿动物的抑郁样症状。临床上，使用深部脑刺激手段使LHb脑区失活来缓解重度抑郁症已作为有效治疗手段。然而，目前对于抑制LHb来治疗抑郁症的作用机制仍尚不明确。 丘脑网状核（Thalamic reticular nucleus，TRN）是一个富集GABA 能神经元的薄壳状结构，它接收皮层和其他丘脑核的输入。TRN对丘脑神经元提供主要抑制作用，分为感觉区、边缘区和运动区。感觉丘脑网状核（sensory thalamic reticular nucleus，sTRN）位于尾侧 TRN 区域，与涉及体感、内脏、听觉、味觉以及视觉感知和整合的皮质和丘脑区域连接。边缘丘脑网状核（limbic thalamic reticular nucleus，lTRN）和运动丘脑网状核，位于TRN头端。TRN在觉醒、认知功能、感觉运动处理、防御和疼痛调节方面发挥作用，但TRN-LHb 投射在抑郁和疼痛中的功能作用尚未被探索。 慢性压力导致抑郁的神经环路机制，并提示特异性调控sTRN到LHb的神经环路可缓解慢性应激和慢性疼痛引起的抑郁样行为。 首先，利用病毒示踪和膜片钳电生理技术探究了TRN-LHb的投射，证明了sTRN-LHb通路的存在，并且LHbGlu接收来自sTRNSOM神经元的直接抑制性输入（图A-J）。随后，探究了sTRN-LHb通路的功能投射，采用光纤钙成像记录技术检测不同厌恶刺激（即急性束缚、吹气、夹尾，图M、P、S）下，sTRN-LHb投射的突触末梢响应情况。结果显示，上述三种厌恶刺激均使钙信号发放增强（图N、Q、T），以此验证了厌恶刺激可以激活向LHb投射的sTRN神经元。 图1. 厌恶刺激激活向LHb投射的sTRN神经元 为了探究CRS后sTRN-LHb的突触变化，结合了光遗传学和全细胞膜片钳技术，先对突触前机制进行了验证。作者分别记录了CRS后的配对脉冲比（图C）、CRS后LHb的IPSC振幅的变异率（图D），结果显示，配对脉冲比升高以及变异率增加，共同证明了CRS会使sTRN-LHb突触前神经递质释放减少。在突触前机制得到验证后，作者对突触后强度是否会因为CRS而改变进行了探究。病毒注射策略同前，将细胞外的Ca2+替换为Sr2+，以记录光诱发的异步抑制性突触后电流（aIPSC，图F），结果发现CRS后aIPSC的振幅显著下降（图G），表明CRS减弱sTRN-LHb的突触后强度。由此可见，CRS削弱了sTRN-LHb的突触强度。 图2. 慢性束缚应激会导致 sTRNSOM-LHb 突触功能减弱 由于CRS会影响sTRN-LHb通路的突触功能，作者为了探究增强向LHb投射的sTRN神经元活性能否预防抑郁的发生，采用了化学遗传技术并对小鼠进行CRS造模（图A、B），在造模结束后，对小鼠进行了抑郁相关的行为学测试。结果表明，在化学遗传激活病毒激活小鼠向LHb投射的sTRN神经元时，小鼠在强迫游泳测试（Forced swimming test, FST）、悬尾测试（Tail suspension test, TST）中的不动时间减少（图D、E），糖水偏好测试（Sucrose Preference Test，SPT）中的糖水偏好增加（图F）。由此得出，在CRS期间，LHb上游sTRN神经元的长期激活阻止了实验组小鼠抑郁的发展。研究表明，LHb神经元的过度兴奋与抑郁密切相关，那么CRS期间激活向LHb投射的sTRN神经元是否会阻止LHb神经元的过度兴奋呢？在相同的病毒注射策略下，作者对Gq小鼠做了脑片全细胞膜片钳实验，结果发现，Gq病毒激活后的小鼠神经放电频率降低（图I）；同时，下游神经元记录到的输入电阻降低（图J），静息电位超极化（图K），表明CRS期间激活向LHb投射的sTRN神经元可以阻止LHb神经元的过度兴奋。 图3. 重复激活向LHb投射的sTRN神经元可通过改变 LHb 神经元的兴奋性来预防 CRS 诱导的抑郁症发作 既然激活这条通路可以抑制小鼠的抑郁样行为，那么抑制这条通路能否介导抑郁样行为呢？为了进一步探究sTRNSOM-LHb通路的急性抑制是否可以在naive小鼠中诱导抑郁样行为，作者分别采用光遗传策略和化学遗传策略进行双重验证，并进行了抑郁相关的行为学测试。在这两种策略下，实验组小鼠均表现出在TST中的不动时间增加（图E、M）、对糖水偏好降低（图F、N），可以得出急性抑制 sTRNSOM-LHb 通路会诱导naive小鼠出现抑郁样行为。 图4. 急性抑制 sTRNSOM-LHb通路会诱导Naive小鼠出现抑郁样行为 ，假设激活sTRN-LHb通路可以缓解抑郁症，又因为慢性应激及慢性疼痛是导致抑郁症的两个最常见的因素，分别在CRS模型以及SNI造成抑郁疼痛共病的模型下进行了研究。实验结果表明，在光激活sTRNSOM突触末梢时，无论CRS模型小鼠还是SNI模型小鼠，均表现出TST的不动时间减少（图D、J），对糖水更多的偏好（图E、K），由此可见，sTRNSOM-LHb 通路的激活可减轻CRS和SNI引起的抑郁样行为。 图 5. sTRNSOM-LHb 通路的激活可减轻慢性应激和慢性疼痛引起的抑郁样行为 由于LHb还参与疼痛的处理，于是作者进一步探究了这条通路的激活是否会影响SNI和CRS两种模型中的疼痛。在相同的病毒注射策略下，分别在SNI模型和CRS模型下进行了Von Frey痛觉测试以探究不同天数小鼠的机械超敏反应的情况。结果表明，实验小鼠与对照组相比，痛阈明显下降（图B、E），并且在光激活sTRN-LHb通路后，实验组小鼠的痛阈没有任何改变（图C、F），这说明了sTRNSOM-LHb通路的激活没有缓解SNI和CRS引起的机械超敏反应，sTRN-LHb通路专门调节抑郁而不是疼痛。 图6. sTRNSOM-LHb 通路的激活不会影响神经损伤和慢性应激引起的疼痛 综上所述，CRS会使LHb神经元兴奋、sTRN-LHb神经元的突触强度减弱，并会导致小鼠产生抑郁样行为；而激活sTRN-LHb通路可以逆转CRS导致的抑郁样行为。该通路的研究为抑郁症的早期干预和临床治疗提供了靶标基础和研究思路。