【Neuron】 新靶点！解析抑郁神经环路机制

抑郁症又称抑郁障碍，以显著持久的心境低落为主要临床特征，是心境障碍的主要类型。其消沉的情绪可以从闷闷不乐到悲痛欲绝，自卑抑郁，甚至悲观厌世，严重者有自杀倾向。在我国，抑郁症患病率为3%~5%，因此对抑郁症的科普、防范、治疗工作亟待重视，刻不容缓。 

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若想攻克抑郁症这一座“大山”，我们需解析其神经环路机制，知其根底，加快研究，方能防患于未然。抑郁症患者的一大特征是情绪状态十分消沉，以致于快感缺失，即使做什么都无法使自己开心。针对这一方向，过去研究表明，伏隔核（Nucleus accumbens, NAc）参与成瘾、奖赏、社会焦虑等行为，是调控奖赏性行为的重要脑区。那么，NAc是否与抑郁相关呢？

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2019年01月10日，《Neuron》杂志在线刊登了洛克菲勒大学Paul Greengard教授的最新重要工作[1]，他们发现NAc中胆碱能中间神经元（Cholinergic interneuron， ChI）中超极化激活环核苷酸门控通道2（HCN2）在抑郁相关行为中起至关重要作用。该研究首次发现伏隔核调控抑郁相关行为的神经环路机制，极大提高了人们对抑郁领域的认知。 

93岁高龄的Paul Greengard教授

（图片来源：Rockefeller）

结果

1.抑郁症模型鼠NAc外壳部ChI活性降低

为研究NAc ChI是否参与抑郁相关行为，作者使用三种抑郁症模型鼠——慢性社会挫败应激模型[2]、慢性束缚应激模型[2]、p11条件敲除模型[3]，以ChAT-eGFP标记ChI（图1A-B）。

小鼠接受10天慢性社会挫败应激后根据其行为学表征可分为两组：应激易感型和应激抵抗型。接着，作者使用膜片钳电生理方法记录NAc外壳部与核心部ChI，发现易感型小鼠NAc外壳部ChI的发放频率显著降低，且发放频率与小鼠抵抗性呈正相关；而NAc核心部ChI发放频率维持不变（图1C-G）。慢性束缚应激模型鼠具有相同现象，而p11条件敲除模型鼠NAc外壳部与核心部ChI发放频率均有降低，外壳部降低水平更高（图1H-K）。

综上，NAc外壳部ChI的活性降低普遍存在于抑郁症模型鼠，表明NAc外壳部ChI参与抑郁相关行为。 

图1 抑郁症模型鼠NAc外壳部ChI活性降低

2.抑制NAc脑区ChI增加小鼠抑郁症易感性

为研究NAc脑区ChI在抑郁行为中的功能，作者在ChAT-Cre小鼠的NAc中双侧注射AAV-DIO-hM4D，通过CNO化学抑制NAc脑区ChI后，急性阈下社会挫败应激可诱发抑郁行为，体现在快感缺失（anhedonia）现象以及强迫游泳范式、悬尾范式中小鼠不动（immobility）时间增长（图2）。 

图2 抑制NAc脑区ChI后，急性应激可诱发抑郁行为

3.激活NAc脑区ChI增加小鼠抑郁症抵抗性

由上文结果可知，NAc脑区ChI活性降低会增加小鼠抑郁症易感性，那么提高NAc脑区ChI活性是否可反转上述现象呢？作者就此展开研究。

他们在ChAT-Cre小鼠的NAc中双侧注射AAV-DIO-rM3D，以慢性社会挫败应激作为行为学范式，发现14天连续注射CNO慢性激活NAc脑区ChI可反转易感型小鼠的社交躲避行为，即社交行为显著增加；而1次注射CNO急性激活无此现象（图3A-D）。电生理实验结果表明，14天连续注射CNO提高了NAc脑区ChI本底发放水平（图3E-F）。此外，慢性激活NAc脑区ChI增加了小鼠抑郁症的抵抗性，体现在糖水偏好现象以及强迫游泳范式、悬尾范式中小鼠不动时间减少（图3G-L）。

2、3两部分结果表明，NAc脑区ChI在抑郁行为中起至关重要作用。

图3 激活NAc脑区ChI反转抑郁行为

4.抑郁症模型鼠Hcn2基因转录水平降低

在了解NAc脑区ChI在抑郁行为中的重要性之后，作者就其分子机制展开进一步研究。他们使用RNA测序技术，发现p11条件敲除鼠NAc脑区ChI中有59个基因转录水平下调，54个基因转录水平上调（图4A），其中Hcn2基因转录水平大幅降低（图4B）。Hcn2基因编码超极化激活环核苷酸门控通道2（HCN2），可调控神经元活性[4]。

接下来，作者研究慢性社会挫败应激范式中易感型与抵抗型小鼠Hcn基因家族的转录水平，发现只有Hcn2基因在易感型小鼠中转录水平显著降低（图4C）。电生理结果显示，p11条件敲除鼠与易感型小鼠NAc脑区ChI中HCN2介导的电流幅度均显著降低（图4D-E）。

这些结果表明HCN2表达下调可能会降低NAc脑区ChI活性，进而增加抑郁症的易感性。那么，此假设真实可靠吗？ 

图4 抑郁症模型鼠Hcn2基因转录水平降低

5.抑郁症模型鼠HCN2功能受损导致ChI活性降低

为验证上述假设，作者继续使用膜片钳电生理方法。他们通过注入-100pA的电流诱导神经元超极化，检测超极化诱导的去极化水平，此现象与HCN2的功能密切相关[5]。他们发现p11条件敲除鼠与易感型小鼠NAc脑区ChI的超极化诱导的去极化水平显著降低（图5A-F），表明HCN2功能受损。此外，药理学结果显示，加入HCN2抑制剂ZD7288后NAc脑区ChI发放频率显著降低。表明HCN2表达下调确实可以降低NAc脑区ChI活性，进而增加抑郁症的易感性。

图5抑郁症模型鼠HCN2功能受损导致ChI活性降低

6.过表达HCN2缓解抑郁相关行为

上文结果表明抑郁症模型鼠中HCN2功能受损，那么HCN2是否可作为抗抑药物靶点呢？作者就此展开最后的研究。

他们在ChAT-Cre小鼠的NAc中双侧注射HSV-LSL-HCN2以在NAc脑区ChI中过表达HCN2，发现HCN2通道电流与神经元发放水平显著上升（图6A-C）。此外，过表达HCN2增加了小鼠对慢性社会挫败应激的抵抗性（图6D-F），也缓解了抑郁相关行为，体现在糖水偏好水平以及强迫游泳范式、悬尾范式中不动时间的减少（图6G-L）。

图6 过表达HCN2缓解抑郁相关行为

总结

当今社会压力越来越大，抑郁症的发病率也逐年提升，因此解决抑郁症这一难题，刻不容缓。但是，抑郁症的成因与相关神经机制错综复杂，我们知之甚少。本篇文章结合电生理、化学遗传学、行为学等多种方法发现NAc脑区ChI中HCN2参与并调控抑郁相关行为，抑郁症易感性小鼠HCN2表达量降低，导致ChI发放频率降低，从而引起小鼠产生抑郁行为。这项研究揭示了抑郁的神经环路以及分子机制（图7），为临床治疗抑郁症提供了新的药物靶点——HCN2！

图7 调控两种痛觉行为的神经环路示意图

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参考文献

1.Cheng, J., et al., HCN2 Channels in Cholinergic Interneurons of Nucleus Accumbens Shell Regulate Depressive Behaviors. Neuron, 2019.

2.Akil, H., et al., Treatment resistant depression: A multi-scale, systems biology approach. Neurosci Biobehav Rev, 2018. 84: p. 272-288.

3.Oh, Y.S., et al., SMARCA3, a chromatin-remodeling factor, is required for p11-dependent antidepressant action. Cell, 2013. 152(4): p. 831-43.

4.Chan, C.S., et al., HCN2 and HCN1 channels govern the regularity of autonomous pacemaking and synaptic resetting in globus pallidus neurons. J Neurosci, 2004. 24(44): p. 9921-32.

5.Maroso, M., et al., Cannabinoid Control of Learning and Memory through HCN Channels. Neuron, 2016. 89(5): p. 1059-73.