Nat Commun︱暨南大学张力课题组揭示焦虑障碍发生的肝-脑轴机制

【经环路主题系列】技能培训班，详见文末

撰文︱杨凤珍，王雅杰

审阅︱张  力

责编︱王思珍

焦虑症是全球范围内高发的精神疾病之一[1-2]。目前存在多种神经病理学机制解释焦虑症的产生，包括单胺神经递质[3]、神经环路改变[4]和神经胶质细胞[5]等。除此之外，外周因子在调节焦虑中的作用同样关键。然而，我们目前对于外周-中枢调控通路在焦虑障碍中的潜在机制尚未完全理解。肝脏作为人体主要代谢中心，与多种情感障碍密切相关。除了IL-6和TNF-α等经典因子外[6]，肝组织还分泌另一种细胞因子载脂蛋白2（LCN2）。在人类患者中，LCN2的升高与合并心力衰竭的抑郁症状相关[7]。但目前关于外周LCN2是否参与调控焦虑障碍尚不清楚。

近日，暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院张力课题组在Nature Communications期刊上在线发表题为“Stress increases hepatic release of lipocalin 2 which contributes to anxiety-like behavior in mice”的论文，发现压力会增加肝脏LCN2的释放，进而导致皮层功能的异常，导致焦虑样行为的发生。（拓展阅读：苏国辉/张力课题组往期进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Transl Psychiatry︱张力团队揭示运动通过FMRP-mTOR通路发挥抗焦虑效果）

首先，作者团队招募了具有明显焦虑症状的重度抑郁症（MDD）患者，发现患者的血清 LCN2 水平比健康对照组明显升高，且个体LCN2浓度与HAMA焦虑量表呈正相关。而这些MDD患者经过治疗后，LCN2水平恢复到相对正常（图1），提示 LCN2 在焦虑症发生中具有潜在的作用。

图1: 血清LCN2与人类的焦虑症相关。

与此同时，作者采用慢性束缚压力应激（CRS）小鼠模型，并发现其血清和脑脊液LCN2水平均明显升高。而通过氟西汀药物治疗或者注射LCN2抗体，均能缓解CRS小鼠的焦虑样行为（图2）。这些结果表明外周LCN2与压力导致的小鼠焦虑样行为相关。

图2: 血清-脑脊液LCN2水平可能与小鼠焦虑样行为相关。

为了确定LCN2诱导焦虑样行为的机制，作者对mPFC中进行在体双光子钙成像记录。结果表明，局部的LCN2蛋白过表达显著抑制了锥体神经元的活动性。而在mPFC中敲低LCN2受体Slc22a17的表达，则有效地恢复了CRS模型中mPFC神经元活动的抑制化（图3）。这些结果说明了LCN2通过特异性受体结合，影响mPFC神经元的活动。

图3: mPFC中LCN2通过受体SLC22A17影响神经元活动性。

在确立LCN2改变mPFC神经网络的基础上，作者对外周LCN2的来源进行了探究。通过对不同器官定量分析发现，与正常对照组相比，只有肝组织的LCN2表达在CRS组中成倍升高。为了进一步验证上述发现，通过对CRS小鼠肝脏特异性敲低Lcn2的表达，发现血清和脑脊液中LCN2水平显著降低，而神经元活动性恢复正常，并伴随焦虑样表型的消失（图4）。这些结果表明肝脏来源LCN2在压力应激中发挥着重要作用。

图4: 肝脏LCN2在应激下影响mPFC神经元活动性介导焦虑障碍。

接下来，作者对压力条件下肝脏LCN2合成的调控机制进行了相关研究。作者首先发现，CRS小鼠血清中多种炎症细胞因子没有显著变化，提示可能的神经调控通路。通过膈下迷走神经切断术，发现其可以显著抑制CRS小鼠肝脏LCN2的增加，并预防焦虑样行为的产生（图5）。

图5: 迷走神经通过肝脏LCN2诱导焦虑障碍。

最后，为探究调控肝脏分泌LCN2的上游脑区，作者利用伪狂犬病病毒（PRV）逆行标记肝组织的上游神经元，结合cFos荧光标记，只有迷走神经背核（DMX）中胆碱能神经元（ChAT+）活性在CRS组中增加。进一步通过双病毒体系，特异性操纵DMX-肝脏下行通路，发现其影响肝脏LCN2合成，并调控小鼠的焦虑样行为（图6）。这些结果共同表明了存在一条DMX-迷走神经-肝脏通路，通过LCN2释放对焦虑障碍发挥重要作用。

图6: DMX影响迷走神经传出通路，调控肝脏LCN2水平，并诱导焦虑障碍。

文章结论与讨论，启发与展望

综上，本项研究初步揭示了一条“迷走神经-肝脏-皮层”环路，其中DMX在压力情况下通过迷走传出神经促进肝脏产生LCN2，进而抑制mPFC神经元活动，导致焦虑样行为的产生。上述结果有助于我们更好了解应激压力下的肝-脑轴通路改变，并为焦虑症的早期诊断或干预提供了分子依据。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47266-9

论文工作在暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院“运动与脑健康”实验室（负责人：苏国辉院士、张力研究员）完成。暨南大学博士毕业生晏兰、博士生杨凤珍、硕士生王雅杰等为论文的共同第一作者；张力研究员为本文的独立通讯作者。该研究得到了科技创新2030-脑科学与类脑研究重大专项青年科学家项目、国家自然科学基金等项目的支持。

“运动与脑健康”实验室成员合照

（照片提供自“运动与脑健康”实验室）

暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院“运动与脑健康”实验室由苏国辉院士、张力研究员共同组建。实验室现有博士后1人，科研助理2人，博士生7人，硕士生13人。课题组聚焦“运动改善情感认知障碍的外周-中枢机制”这一科学问题开展工作，自2019年以来取得了一系列成果。代表性工作包括：（1）鉴定运动改善情感障碍的外周因子，从肝脏、脂肪等组织中发现S-腺苷甲硫氨酸、凝聚素等因子，阐明其对情感障碍的改善效果（Science Advances 2023；Cell Reports 2023；Advanced Science 2022等）；（2）阐明运动改善突触结构和功能的分子机制，揭示了运动刺激外周因子通过激活脑内mTOR通路等，促进突触结构发生和功能重塑，缓解情感障碍的机理（Nature Communications 2024； Translational Psychiatry 2023；Science Advances 2019等）；（3）解析运动改善脑功能的环路机理，发现了运动后外周因子通过调控皮层、杏仁核等脑区神经环路，影响情感及社交等行为的机制（National Science Review 2023；Communications Biology 2023； Molecular Psychiatry 2021等）。课题组联系方式：[e-mail]（张力研究员）

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[1]Mohammadi, M. R. et al. Generalized anxiety disorder: prevalence, predictors, and comorbidity in children and adolescents. J. Anxiety Disord. 73, 102234 (2020).[2]Bosman, R. C. et al. Prevalence and course of subthreshold anxiety disorder in the general population: A three-year follow-up study. J. Affect. Disord. 247, 105–113 (2019).[3]Craske, M. G. & Stein, M. B. Anxiety. Lancet 388, 3048–3059 (2016).[4]Calhoon, G. G. & Tye, K. M. Resolving the neural circuits of anxiety. Nat. Neurosci. 18, 1394–1404 (2015).[5]Zhou, X. et al. Astrocyte, a promising target for mood disorder interventions. Front. Mol. Neurosci. 12, 136 (2019).[6]Qin, L. et al. Systemic LPS causes chronic neuroinflammation and progressive neurodegeneration. Glia 55, 453–462 (2007)[7]Gouweleeuw, L. et al. The role of neutrophil gelatinase associated lipocalin (NGAL) as biological constituent linking depression and cardiovascular disease. Brain Behav. Immun. 46, 23–32 (2015).
编辑︱王思珍
本文完