Nat Commun︱温医大陈江帆/郭卫团队揭示外侧隔区腺苷A2A受体调控抑郁样行为的神经环路机制

撰文︱望牟燃

审阅︱郭   卫

责编︱王思珍，方以一

2015年，抑郁症已成为世界范围内导致失能的最大的单一因素，造成了严重的社会和经济危害。但是对于其发生的神经和分子机制并不明确，已用于治疗的经典抗抑郁药物也存在诸多缺陷。因此，在预防、诊断和治疗等多个阶段都需要更加广泛和深入的研究。

腺苷A_2AR（adenosine A_2A receptors，A_2AR）在帕金森氏病、脑缺血、睡眠调节、认知功能等生理病理过程中发挥重要作用，已成为重要的药物靶点。一系列的流行病学、遗传学和药理学研究发现A_2AR作为抑郁症的新治疗靶点的作用：（1）世界范围内广泛引用的咖啡因，主要是通过拮抗A_2AR而发挥作用的。在多项与抑郁症相关的饮食因素进行的人类流行病学调查表明咖啡因的消费量与抑郁症和自杀可能性呈负相关；（2）慢性不可预知性应激和母婴分离应激模型均可诱导海马区谷氨酸能突触处A_2AR的上调，而持续给与小鼠咖啡因饮食，可逆转抑郁行为和认知障碍，但是饮用咖啡因和海马调控抑郁之间尚无法建立明确的因果联系；（3）尽管使用前脑A_2AR敲除小鼠已经明确了中枢神经系统A_2AR在控制抑郁样行为中的作用，但A_2AR在多个与抑郁相关的脑区（如内侧前额叶皮层、杏仁核和海马）均有表达，因此其发挥作用的脑区尚不清楚。因此，识别A_2AR引发抗抑郁活性的关键位点和神经环路仍然是开发基于A_2AR的药物治疗的关键。

2023年4月5日，温州医科大学眼视光学和视觉科学国家重点实验室眼-脑研究中心陈江帆/郭卫团队在Nature Communications上发表题为“Lateral septum adenosine A_2A receptors control stress-induced depressive-like behaviors via signaling to the hypothalamus and habenula” 的文章，发现外侧隔区（Lateral septum，LS）中异常高表达的腺苷A_2AR可导致抑郁的发生，这种作用主要是通过协调下丘脑和外侧缰核神经环路而实现。（拓展阅读：陈江帆团队相关研究进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Cereb Cortex︱A2A受体拮抗剂可逆转由α-Syn异常聚集诱导的序列学习损伤）

情绪指挥家——外侧隔区A_2AR调控抑郁样行为（朱界峰绘）

（图片提供自：陈江帆实验室）

一、LS A_2AR阳性神经元的基本特征

LS是脑内重要的枢纽结构，与前额叶皮层、海马、下丘脑等区域存在广泛的神经纤维联系，在情绪信息的处理以及调控应激行为过程中发挥至关重要的作用。该团队前期利用CRISPR-Cas9 技术构建了新型腺苷A_2AR标签小鼠，发现LS区域存在A_2AR的表达。进一步研究：利用转基因小鼠联合病毒示踪，发现LS A_2AR阳性神经元主要投射下游为背内侧下丘脑（dorsomedial hypothalamus，DMH）和外侧缰核（lateral habenula，LHb）（图1）；结合免疫荧光染色、单细胞RT-PCR及RNAscope技术，发现LS A_2AR阳性神经元均为GABA能神经元；脑片电生理记录发现，激活LS A_2AR可增加所在阳性神经元的活性，同时降低周围神经元活性（图2）。

图1 LS A_2AR阳性神经元主要投射下游为背内侧下丘脑（DMH）和外侧缰核（LHb）

（图源: Wang, M. et al. Nat Commun, 2023）

图2. A_2AR特异性激动剂CGS21680增加LS-A_2AR⁺神经元活性，同时抑制周围神经元

（图源: Wang, M. et al. Nat Commun, 2023）

二、光控LS-A_2AR⁺→LHb和LS-A_2AR⁺→DMH通路可调控抑郁样表型

为了进一步确定LS A_2AR阳性神经元在调节小鼠抑郁样行为中的作用，作者利用光遗传学技术时空特异性调控LS A_2AR阳性神经元，发现：激活该类阳性神经元可延长小鼠在悬尾实验中的不动时间，同时不影响小鼠的运动；而抑制该类阳性神经元活性可缩短小鼠在悬尾实验中的不动时间，同时不影响小鼠的运动。

在上述实验基础上，作者继续探究LS A_2AR阳性神经元信号在抑郁症发生发展中潜在的神经环路机制。前述研究结果提示DMH和LHb为LS A_2AR阳性神经元主要投射下游；利用套管技术特异性激活LS A_2AR后对于及早基因c-Fos统计发现LS和DMH、LHb之间存在功能联系。作者利用光遗传学方法，选择性激活/抑制LS-A_2AR⁺→LHb和LS-A_2AR⁺→DMH环路末梢，发现两条环路的激活均能延长小鼠在悬尾实验中的不动时间，反之抑制两条环路则可缩短小鼠在悬尾实验中的不动时间。在上述过程中小鼠在旷场中的运动路程及中心区停留时长均未受到影响（图3）。

图3.光遗传学调控LS A_2AR⁺→LHb/DMH环路末梢可影响抑郁样表型

（图源: Wang, M. et al. Nat Commun, 2023）

三、两种慢性应激小鼠抑郁模型中LS A_2AR表达上调

应激相关模型非常接近社会和心理因素造成的人类抑郁症，应用十分广泛。其中慢性束缚应激（Chronic restraint stress，CRS）抑郁症动物模型是一种造模过程相对便捷、表型稳定的方法，已用于多种品系大小鼠的造模。在进行行为学检测后，作者分离隔区、纹状体、前额叶皮层、海马区域进行A_2AR蛋白水平的定量检测，发现在CRS抑郁模型中隔区A_2AR表达特异性上调（图4）。而在5天重复强迫游泳应激（5 days repeated forced swim stress, 5d-RFSS）模型中也发现了类似的现象。

图4.CRS抑郁模型中小鼠隔区A_2AR表达上调

（图源: Wang, M. et al. Nat Commun, 2023）

四、抑制LS A_2AR可逆转小鼠郁样表型

最后，作者利用过表达、RNA干扰等多种分子生物学方法研究了LS A_2AR信号异常在抑郁发生中的充分或必要性作用。在此基础上，通过套管技术向CRS抑郁模型小鼠的LS连续三天给予A_2AR特异性拮抗剂KW6002，行为学检测发现，KW6002注射可逆转由于CRS而导致的悬尾时间延长的抑郁样表型（图5）。

图5.拮抗LS A_2AR可逆转CRS所造成的小鼠抑郁样表型

（图源: Wang, M. et al. Nat Commun, 2023）

图6.工作总结图：LS-A_2AR⁺→DMH和LS-A_2AR⁺→LHb通路调节应激诱导抑郁样表型

文章结论与讨论，启发与展望

本研究发现：LS中异常高表达的腺苷A_2AR可导致抑郁样行为，这种作用主要是通过增加A_2AR阳性神经元活性进而抑制周围神经元活性，并通过协调下丘脑和外侧缰核神经环路而实现（图6）。

然而，该论文尚留下了一些未能解答的问题，如：（1）该研究虽然确立了LS-A_2AR⁺→DMH和LS-A_2AR⁺→LHb通路对抑郁的调控，但尚未确定下游区域中由LS- A_2AR⁺神经元控制的神经元类型；（2）考虑到DMH和LHb中均存在功能性的局部抑制电路，作者提出了一个去抑制模型，即LS A_2AR⁺神经元抑制下游区域 GABA能神经元，间接实现谷氨酸能神经元的去抑制；（3）在应激过程中，A_2AR可能的上调机制。这些问题的解决有待于后续更多的研究。
本研究有助于深入认识外侧隔区不同类型神经元在抑郁发生中的作用，更为重要的是为扩大A_2AR拮抗剂作为潜在有效抗抑郁药的临床转化提供了必要的理论基础，尤其是考虑到A_2AR拮抗剂最近已被美国FDA批准用于治疗帕金森病。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37601-x

温州医科大学2019级博士研究生望牟燃、附属第二医院李培军研究员、2021级硕士研究生李泽文为共同第一作者，陈江帆教授、郭卫助理研究员为共同通讯作者，郑武、何艳、邓璐、戴煜微、叶朦倩、林志卿、周建宏、周旭钊、叶芬芬等均对文章做出了不同程度的贡献。论文的合作者还包括海军军医大学向正华教授和葡萄牙科英布拉大学Rodrigo A. Cunha教授团队。该研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、温州医科大学眼视光学与视觉科学国家重点实验室基金等的大力支持。

左至右：共同通讯作者陈江帆、共同通讯作者郭卫、共同第一作者望牟燃、共同第一作者李培军、共同第一作者李泽文

（照片提供自：陈江帆实验室）

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本文完