重度抑郁症(Major depressive disorder，MDD)与GABA能中间神经元的改变有关，尤其与大脑皮层中的生长抑素神经元(somatostatin，Sst)和小清蛋白神经元(parvalbumin，Pvalb)相关，并且速效抗抑郁药物被认为是通过抑制GABA能中间神经元而发挥作用的。然而，这些中间神经元亚型对情感行为的影响以及对速效抗抑郁药的作用仍有待确定。
令人遗憾的是，本文的作者之一Ronald Duman院士在2020年02月02日去世，享年66岁，详见我们去年的报道：突发！耶鲁大学著名神经生物学家Ronald Duman院士去世，令人惋惜！
作者首先检测了化学遗传学抑制Gad1细胞后小鼠是否会出现行为改变。他们将hM4DGi病毒注射到Gad1-cre和WT小鼠的mPFC脑区中后，膜片钳记录显示，注射CNO的Gad1- cre小鼠脑片中外向电流增加了，且标记了Gad1的中间神经元发生了超极化。同时，在注射hMD4Gi病毒的Gad1-Cre小鼠中，单次注射CNO可显著减少其FST（Forced swimming test，强迫游泳实验）中的不动时间，但在NSFT（novelty suppressed feeding test，新环境进食抑制实验）中无差异。在膜片钳记录结果也说明，化学遗传学抑制Gad1中间神经元后，mPFC锥体神经元中EPSCs增加，Gad1中间神经元产生IPSCs减少。
接着，作者测试了三种CNO注射方式，探究哪种方式能更持久的抑制Gad1神经元，发现使用3x的CNO会产生显著性的抗抑郁药行为。接下来，作者同样在CUS模型下检测到，3x CNO的注射会使感染hMD4Gi病毒的WT小鼠产生抗抑郁效应。
化学遗传学激活mPFC中的Gad1中间神经元产生时间和剂量依赖的快速抗抑郁样作用。使用同样的方法，作者进一步用化学遗传法抑制Sst和Pvalb中间神经元。发现，3x CNO可以有效抑制注射hMD4Gi病毒的Sst-cre小鼠和Pvalb-cre小鼠在FST中的不动时间和NSFT中寻找到食物的潜在时间。前期有文献报道，氯胺酮和东莨菪碱可以增加mPFC中c-Fos阳性的细胞数量。所以作者进一步检测了CNO注射60min（抑制GABA能中间神经元后），对c-Fos阳性细胞的影响，进而发现，在Sst-cre小鼠和Pvalb-cre小鼠中注射CNO会显著的增加mPFC中c-Fos阳性细胞数量。但大多数感染hM4DGi病毒的Sst和pvalb阳性细胞不表达c-Fos，提示这些细胞经CNO注射后被有效抑制。氯胺酮和东莨菪碱快速和持续的抗抑郁作用可能与上调兴奋性突触蛋白进而增强突触功能与作用有关，这种突触功能的增加是活动依赖性的，被认为是由于抑制GABA功能及谷氨酸的快速释放导致的。接下来作者进一步检测了抑制Sst和Pvalb 对VGLUT1的影响。与之前的给药方式类似，可以发现，不论是抑制mPFC中的Sst或Pvalb中间神经元，都可以增加VGLUT1的表达。
化学遗传学抑制mPFC中Sst或Pvalb中间神经元会增加VGLUT1的表达。既往研究报道东莨菪碱可通过阻断ACh - M1受体而产生快速的抗抑郁作用，在Gad1或Sst中用病毒的特异性敲低Ach-M1，可以阻断东莨菪碱的快速抗抑郁作用，而在mPFC的Pvalb中间神经元中不存在这一现象。在此，作者使用化学遗传法来确定东莨菪碱的抗抑郁作用是否是通过抑制mPFC中的GABA能神经元来介导的。首先将cre依赖性的hM3DGq病毒注入Gad1、Sst或Pvalb-Cre小鼠的mPFC中，2-3周后用 CNO激活GABA神经元，观察东莨菪碱的抗抑郁样效果。电生理记录显示，注射CNO的mPFC脑片产生了去极化（内向电流）。在对照组小鼠中，东莨菪碱可以产生抗抑郁样行为，但是在注射了hM3DGq的Gad1、Sst或Pvalb-Cre小鼠中，给与东莨菪碱并不能检测到抗抑郁效应。并且，在hM3DGq-Pvalb-Cre组中，接受CNO加东莨菪碱治疗的小鼠在FST中的静止时间明显高于对照组。并且，化学遗传学激活Sst和Pvalb中间神经元会破坏东莨菪碱对c-Fos+细胞和VGLUT1的诱导。
化学遗传学激活mPFC中Gad1、Pvalb或Sst中间神经元的破坏了东莨菪碱的快速抗抑郁作用。在项研究中，作者发现了化学遗传学抑制mPFC中的Gad1，Sst，Pvalb中间神经元会产生剂量和时间依赖性的抗抑郁行为反应，并且锥体神经元中EPSCs、c-Fos和VGLUT1表达增加。这些结果表明，抗抑郁药物反应下突触可塑性的改变需要GABA的抑制。重要的是，对Gad1中间神经元的抑制也逆转了由CUS诱导的抑郁样效应，提示GABA能中间神经元参与了应激诱导的病理生理过程，因此与抑郁症病理机制相关。综上所述，这项研究结果表明，对Gad1中间神经元(包括Sst或Pvalb亚型)的直接化学遗传学抑制足以产生突触和行为改变，并为mPFC中GABA能神经元在快速抗抑郁反应中发挥关键作用提供了证据。Fogaça MV, Wu M, Li C, Li XY, Picciotto MR, Duman RS. Inhibition of GABA interneurons in the mPFC is sufficient and necessary for rapid antidepressant responses. Mol Psychiatry. 2020 Oct 17. doi: 10.1038/s41380-020-00916-y. Epub ahead of print. PMID: 33070149.
作者信息
编译作者：Sheena（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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