激活新生神经元抑制抑郁和焦虑样行为
抑郁症是世界范围内导致失能的首要原因，2017年世界卫生组织将其列为全球致残的主要原因，但其发病机制不祥。神经元再生假说认为，抑郁症的发生与成年海马齿状回（DG区）神经发生损伤有关，同时抗抑郁药物的疗效受神经再生调控。但抑郁症神经发生和内表型的改变之间的关系仍然存在争议。美国伊利诺伊州西北大学医学院神经病学系的John A. Kessler教授团队发现抑制新生神经元的兴奋性并没有改变新生神经元的数量，但可以消除氟西汀的抗抑郁作用。有趣的是，激活此类新生神经元能充分缓解抑郁样行为。这一重要成果于2019年8月21日以“Activating newborn neurons suppresses depression and anxiety-like behaviors”为题发表于Nature communication杂志。
研究结果
1、氟西汀可以增强行为、神经元数量和活动
为确定神经发生和新生神经元活动在氟西汀抗抑郁中是否是必须的，研究团队采用C57小鼠腹腔注射氟西汀14天后进行悬尾实验（TST）、“0”迷宫（ZM）旷场实验（OFT）来评估小鼠的抑郁和焦虑样行为，结果显示氟西汀治疗后小鼠悬尾不动减少，在“0”迷宫的开放臂及旷场中央区停留时间增加，且运动活性未发生改变，提示小鼠抑郁和焦虑样的行为表现得到改善。且海马SGZ和DG区神经细胞增殖显著，再次证明了抗抑郁药物可促进海马神经再生。且神经发生和神经元活动增强的同时情感行为得到改善。
2、沉默新生神经元对行为的影响
为研究氟西汀的抗抑郁作用是否有神经元新生，作者使用转基因小鼠模型及化学遗传学方法，发现+hM4Di小鼠与CNO结合后，hM4Di能够激活Gi通路导致神经元超极化。随后作者通过免疫组织化学方法分析了成年动物注射他莫西芬5天后，Sox2标记的神经粒细胞中的HA-Tag的表达。膜片钳记录亦显示CNO对新生神经元的影响，该神经元在存在hM4Di的情况下表达YFP。作者发现CNO减少了去极化电流注入引起的动作电位数量，说明CNO介导的hM4Di激活对神经元的兴奋性有显著影响。
为检测慢性体内化学抑制新生神经元是否改变氟西汀的行为效应。转基因小鼠每天腹腔注射氟西汀或生理盐水3周。结果显示，在-hM4Di和CNO干预治疗的情况下，氟西汀治疗降低了TST的不动性，CNO治疗对表达hM4Di(+hM4Di)的小鼠逆转了这一效应。有趣的是，在没有氟西汀的情况下抑制新生神经元的活动增加了TST中的不动性，表明新生神经元的基线活动在本实验中调节小鼠的行为。接下来，通过检测OFT中央区路程来评估类似焦虑的行为，研究结果与TST的结果一致。氟西汀治疗−hM4Di和+hM4Di(−CNO）动物比盐水处理的动物更喜欢探究，这表明氟西汀具有抗焦虑作用。此外，在没有氟西汀的情况下，CNO处理+hM4Di动物减少了在OFT中心的距离，提供了新神经元的基线活动调节行为的额外证据。
通过分析HA标记的hM4Di+细胞在DG中的分布，作者发现无论CNO是否与hM4Di结合，氟西汀均可增加HA标记的hM4Di+细胞的数量，但对DG无显著影响。正如预期所示，氟西汀通过增加DG中Ki67+细胞的数量来增加神经发生。hM4Di和CNO单独或联合使用均不能改变神经发生和神经元成熟的水平。
为验证CNO对新生神经元活性的抑制作用，作者检测了神经元活性Egr1和c-Fos的表达。发现氟西汀治疗增加了DG中HA-Tag+Egr1+双标记细胞的数量，表明新生神经元活性增加，而CNO给药抑制了生理盐水组和氟西汀组的新生神经元活性。这些发现均证实CNO对体外处理的+hM4Di神经元活性的抑制作用在体内也有发生。同样，氟西汀治疗增加了DG中c-Fos免疫反应细胞的数量，这表明DG活性增强。然而，+hM4Di小鼠的CNO治疗消除了氟西汀对c-Fos表达的影响。在没有氟西汀的情况下对+hM4Di动物进行CNO治疗，将c-Fos+细胞的数量降低到基线水平以下，这与TST和OFT中的行为发现相关，而CNO处理-hM4Di小鼠没有效果。
综上所述，这些发现表明DG中新生神经元的活动对行为影响显著。此外，新生神经元的活动是氟西汀行为效应所必需的。虽然许多先前的研究已经证明抗抑郁药对神经发生和行为的平行作用，但作者研究结果表明，新生神经元数量和活动的增加与行为表型之间存在因果关系。
3、激活新生神经元会产生抗抑郁作用
作者提出假设：在不增加新生神经元数量的情况下增强新生神经元的兴奋性是否足以诱导类似于氟西汀治疗和增加神经发生的效应。为探索这一点，作者采用+hM3Dq小鼠检测了即刻早期基因Egr1和c-Fos的表达。与CNO结合后，hM3Dq诱导了典型的Gq通路，导致神经元的放电增加。他莫昔芬诱导三周后，在行为测试前2小时注射CNO，测试成年新生DG神经元急性激活的影响。结果显示CNO激活后，动物在TST测试中不动性降低，OFT中心探索显著增加，运动总活性无显著变化。且CNO对新生成年DG神经元的急性激活导致了与氟西汀治疗相似的行为表型。细胞水平上DG中HA-Tag+Egr1+双标新生颗粒神经元和c-Fos+神经元的数量增加。因此，在海马神经发生没有变化的情况下，增强新生DG颗粒神经元的兴奋性会导致抗抑郁作用，进一步证实了新产生的神经元在调节抑郁和焦虑样行为中的作用。
作者检测了新生儿神经元活动的增加是否也足以避免不可预测的慢性轻度压力(uCMS)的不良影响。将+hM3Dq小鼠暴露于3周的uCMS，结合CNO治疗后评估hM3Dq受体激活对新生儿神经元的影响。结果显示CNO治疗后小鼠TST不动性减少，OFT的中心探索增加，表明新生儿神经元活动的增加足以促进应激的恢复。与行为学变化一致，CNO治疗后，DG区c-fos阳性细胞数量显著增加。此外，量化了DG区中HA-Tag+细胞的数量，发现uCMS和急性CNO治疗都没有改变HA标记的HM3Dq表达细胞的数量，进一步验证了新生神经元活动对行为表型的影响，而没有神经元数量的变化。用神经元成熟度标记物（Sox2、Dcx、NeuN和Calbindin）对HA-Tag+细胞进行双重标记，这些新生神经元的成熟度也不受这些变量的影响。因此，新生成的神经元的激活增加足以促进应激恢复。我们的研究结果表明，海马体DG中成年出生的神经元的活性对于氟西汀的抗抑郁作用都是必要和充分的。
所涉及的行为学
零迷宫(ZM)：ZM由一个直径56厘米的圆形轨道，分为两个180度的封闭象限和两个180度的开放象限组成。迷宫高46厘米，在白光下进行了测试。动物被放置在一个封闭的象限，允许自由移动10min，活动被LimeLight3软件记录和跟踪。
旷场实验(OF)：将动物放置于OF箱体（长：56cm，宽：56cm，高30cm）中心，允许自由探索5min，活动被LimeLight3软件记录和跟踪。该软件记录并分析了OF箱体内部（28×28厘米中心区域）和箱体外部区域探索的总距离。
悬尾实验(TST)：胶带贴在距离动物尾巴尖端2cm处，悬在30cm高的水平杆上，圆柱形的塑料管被放置在尾巴底部以防尾部上升。将动物悬挂6min后，双盲法量化小鼠在静止姿势下花费的时间。
原文链接：
doi.org/10.1038/s41467- | nature.com/naturecommun
（山东中医药大学中医药与脑科学研究创新团队 周苗苗 供稿）