摘 要：困擾現(xiàn)代人的抑郁癥，其生物學(xué)機制仍然存在爭議，光遺傳學(xué)作為一種新型的神經(jīng)元光控技術(shù)，在神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。綜述了抑郁癥的基本特征和發(fā)病機制，設(shè)計實驗利用光遺傳學(xué)工具興奮或抑制抑郁小鼠模型的相關(guān)腦區(qū)，分析腦區(qū)操控前后抑郁小鼠的行為學(xué)變化，尋找與抑郁癥的發(fā)病密切相關(guān)的腦區(qū)。研究結(jié)論為抑郁癥發(fā)病機制的神經(jīng)生理基礎(chǔ)的研究提供了理論指導(dǎo)，最終幫助研究者理解抑郁癥發(fā)病機制并尋找高效治療策略。

關(guān)鍵詞：光遺傳;抑郁癥;抑郁小鼠模型

中圖分類號：F24 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.19.041

抑郁癥是一種會嚴重危害人類身心健康的精神疾病，是當今社會中很常見的一種情緒障礙綜合征。抑郁癥患者會呈現(xiàn)出焦慮，自卑，厭世，心境低落等癥狀，重者甚至產(chǎn)生自殺傾向。隨著社會壓力的不斷增大和現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，抑郁癥發(fā)病率也呈現(xiàn)快速上升的趨勢。據(jù)統(tǒng)計，約13%-20%的人曾有過抑郁的體驗，人群中的抑郁癥終生患病率更高達6.1%-9.5%之多。抑郁癥已然成為世界常見的疾病之一，研究降低其發(fā)病率的科學(xué)方法成為了迫在眉睫的事情。抑郁癥的生物學(xué)機制以及治療手段都需要進一步的科學(xué)突破，近年來光遺傳學(xué)的快速發(fā)展，為我們提供了研究神經(jīng)生物學(xué)機制的強有力工具。本研究利用光遺傳學(xué)技術(shù)設(shè)計實驗來研究與抑郁癥發(fā)病相關(guān)的腦區(qū)，從而為抑郁癥發(fā)病機制理解及治療提供更好的幫助。

1 抑郁癥

作為一種嚴重的精神疾病，科學(xué)界提出幾種抑郁癥的發(fā)病機制假說，包括幾點：

（1）神經(jīng)環(huán)路假說：該假說認為抑郁癥是由多個腦區(qū)參與的，綜合調(diào)控發(fā)生的。負責(zé)情感，決斷，賞罰的腦區(qū)對抑郁癥的關(guān)系尤為密切。

（2）單胺類神經(jīng)遞質(zhì)功能低下假說：多巴胺，去甲腎上腺素和五羥色胺等單胺類物質(zhì)參與了精神活動，情緒反應(yīng)，體溫調(diào)節(jié)等生理反應(yīng)。該假說認為患者腦內(nèi)的單胺遞質(zhì)水平，即5-羥色胺，多巴胺和去甲腎上腺素神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)功能的低下導(dǎo)致了抑郁癥。

（3）神經(jīng)營養(yǎng)缺乏假說：在神經(jīng)發(fā)育過程中的生長因子對成年大腦的可塑性起著重要的作用。其中作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中分布最廣泛，含量最多的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對神經(jīng)元的生長，分化和損傷修復(fù)功能起重要作用。

類似于舍曲林，帕羅西汀和氟西汀的藥物進行的藥物治療和其他形式的治療手段是目前常見的抑郁癥治療方法，雖然這些治療方法的見效較快，但是由于抑郁癥具有高復(fù)發(fā)性和隱匿性，患者服用的不少藥物都有不良副作用。

2 光遺傳學(xué)技術(shù)

光遺傳學(xué)，是將光敏感離子通道蛋白神經(jīng)元表達，并利用特定波長的光照激發(fā)從而實現(xiàn)對目標對象精細調(diào)控的學(xué)科，即通過操縱神經(jīng)元來興奮或抑制靶細胞和靶器官。該技術(shù)可以對哺乳動物大腦組織進行無損傷的操控，它具有目的性強、精準度高，細胞特異性強等特點。是由2005年Boyden等人證明光刺激綠藻視蛋白可以使神經(jīng)元產(chǎn)生應(yīng)答而發(fā)現(xiàn)的技術(shù)。近年來，光遺傳學(xué)在復(fù)雜的生物學(xué)機制探究，尤其是腦科學(xué)等領(lǐng)域的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。2011年， Nature Methods將光遺傳學(xué)技術(shù)譽為了21世紀神經(jīng)生物學(xué)中最具影響力的技術(shù)。

光敏感蛋白在光遺傳研究中發(fā)揮著重要的作用，它是光遺傳學(xué)的主要工具，被發(fā)現(xiàn)于單細胞微生物如綠藻、單胞菌的視蛋白中。光敏感蛋白根據(jù)不同的效應(yīng)可以分為興奮性光敏感蛋白和抑制性光敏感蛋白兩種。視紫紅質(zhì)-2（ChR2）是目前最常用的興奮性光敏感蛋白，它在被藍光激活后，陽離子內(nèi)流使細胞去極化，產(chǎn)生動作電位，提高興奮性。視紫紅質(zhì)（NpHR）是一種常見的抑制性光敏感蛋白，在被黃光激活后會使細胞膜超極化，從而抑制細胞的興奮。

光遺傳學(xué)技術(shù)自問世來，廣泛應(yīng)用于動物行為研究，比如用光遺傳學(xué)技術(shù)使果蠅體內(nèi)的多巴胺大量釋放，在斑馬魚的軀體感覺神經(jīng)元的實驗過程中，也發(fā)現(xiàn)光照可以使其產(chǎn)生逃避的游泳活動等。在神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域尤其是精神類疾病等研究中的應(yīng)用也非常廣泛，可以用于研究焦慮，藥物成癮，恐懼和抑郁癥等領(lǐng)域。利用光遺傳學(xué)技術(shù)，有研究發(fā)現(xiàn)中腦腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）的神經(jīng)元可以讓小鼠表現(xiàn)出糖水偏好減少和社交逃避等特征;光遺傳學(xué)刺激內(nèi)側(cè)前額葉（mPFC）可以讓“易感”小鼠產(chǎn)生抗抑郁的作用等結(jié)論，大量研究表明光遺傳學(xué)技術(shù)在抑郁癥研究中可以發(fā)揮重要的作用。

3 光遺傳學(xué)探究抑郁癥發(fā)病實驗設(shè)計

3.1 腦區(qū)選擇

（1）前額葉皮質(zhì)：前額葉皮質(zhì)（PFC）是指覆蓋大腦額葉前部表面的皮層結(jié)構(gòu)。在社會認知的領(lǐng)域中，PFC對情緒認知，社會推理，心理和決策推斷等問題產(chǎn)生了重要影響?，F(xiàn)代研究表明，前額葉皮質(zhì)功能的異常與抑郁癥相關(guān)。

（2）中腦腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）：中腦腹側(cè)被蓋區(qū)產(chǎn)生的多巴胺可能參與了抑郁癥的發(fā)生。對多巴胺能神經(jīng)元進行特異性的激活或者抑制，可以較為明顯的影響實驗動物的抑郁表現(xiàn)。

（3）伏隔核：伏隔核參與了獎賞環(huán)路的組成，伏隔核的損傷與快感缺失行為的發(fā)生和發(fā)展有著必然關(guān)系?？茖W(xué)家們認為慢性應(yīng)激是會導(dǎo)致抑郁癥發(fā)病的最主要的因素之一，會最終引起獎賞系統(tǒng) GABA 能神經(jīng)元受損。

（4）杏仁核：杏仁核與內(nèi)分泌調(diào)節(jié)和自主神經(jīng)活動的調(diào)節(jié)有著非常密切的關(guān)系，因為杏仁核有可能是機體的情緒整合中樞 ，可以將感覺信息投射到皮層、下丘腦和腦干諸核團，形成意識水平的情緒反應(yīng)。

3.2 前期準備

選擇同批次相同重量的同齡成年小鼠共100只小鼠，其中對照組20只小鼠，實驗組80只小鼠。實驗組共分為16組，四種腦區(qū)，每種腦區(qū)又分別注射興奮性光敏感蛋白ChR2和抑制性光敏感蛋白NpHR，同一腦區(qū)注射相同的光敏感蛋白的小鼠又分為兩組進行不同方式抑郁癥小鼠建模。對照組注射攜帶GFP的病毒載體。各組小鼠在相應(yīng)腦區(qū)注射相應(yīng)視蛋白后，按腦區(qū)分類將光纖分別埋入DP，MO，VTA，PFC四種腦區(qū)注射上方附近，術(shù)后對小鼠進行單籠飼養(yǎng)，約3到4周后開始進行行為學(xué)試驗。

3.3 建立抑郁癥研究的模型

（1）糖水偏好模型。將各組小鼠放在一系列的溫和應(yīng)激之下，使其受到不可預(yù)知的刺激。這些刺激包括使小鼠挨餓，不定時潑灑冰水，束縛小鼠等等。在經(jīng)過三周的溫和刺激之后，觀察小鼠對糖水的偏好性并同對照組對比，小鼠對于糖水的偏好明顯降低，并同時出現(xiàn)攻擊力降低，毛色變差等現(xiàn)象。判斷為小鼠的快感缺乏，成功建立抑郁癥基礎(chǔ)模型。

（2）公鼠造模。經(jīng)過篩選，選擇進攻能力較強的大鼠（大白），和進攻能力很弱的小鼠（小黑）進行實驗。將小黑作為入侵鼠放在大白的籠子中，并讓他們進行身體接觸，每天15分鐘左右。在每天其余時間內(nèi)將大白和小黑用帶小孔的透明隔板隔開，讓小黑可以看到聞到大白，從而對小黑造成心理陰影。十五天后，將大白盒小黑共同放入社會交互實驗箱中進行社會交互實驗，試驗箱中分為了角落區(qū)和交互區(qū)。分別在交互區(qū)有大白和無大白的情況下，觀察小黑在角落區(qū)和交互區(qū)停留的時間多少，成功建立抑郁癥基礎(chǔ)模型。

3.4 利用光遺傳學(xué)技術(shù)操縱興奮或抑制小鼠的腦區(qū)

分別用公鼠造模和糖水偏好兩種基礎(chǔ)模型得到的抑郁小鼠進行光遺傳學(xué)操作實驗。已注射光敏感蛋白的實驗小鼠，可以在適合光刺激情況下興奮（ChR2）或抑制（NpHR）該腦區(qū)的神經(jīng)元，從而實現(xiàn)對該4個腦區(qū)的調(diào)控，探究相應(yīng)腦區(qū)的興奮或抑制對抑郁癥小鼠模型行為的影響。

將不同的抑郁癥建模方式得到的小鼠，選擇固定頻率對相應(yīng)腦區(qū)進行光刺激一段時間，對于“公鼠造模模型實驗組”，統(tǒng)計實驗小鼠在角落區(qū)和交互區(qū)停留的時間比例，對于“糖水偏好實驗組”，觀察統(tǒng)計實驗小鼠對糖水的喜好程度，根據(jù)光刺激前后小鼠行為變化來推斷抑郁癥發(fā)病相關(guān)的腦區(qū)。

4 總結(jié)與展望

實驗設(shè)計選擇的四個腦區(qū)與社會認知，情緒控制，大腦獎賞等有關(guān)，這些功能的異常常會導(dǎo)致抑郁癥的發(fā)生。通過對比相應(yīng)腦區(qū)興奮或抑制前后的抑郁癥小鼠的行為學(xué)變化，判斷前額葉皮質(zhì)，中腦腹側(cè)被蓋區(qū)，伏隔核，杏仁核這四種腦區(qū)與抑郁癥可能的聯(lián)系。

本研究希望通過對抑郁癥發(fā)病相關(guān)的腦區(qū)的研究，為抑郁癥治療帶來新的研究方案。還可以繼續(xù)探究該腦區(qū)中哪種神經(jīng)元類型發(fā)揮了關(guān)鍵作用，進一步深入理解抑郁癥發(fā)病的生物學(xué)機制，最終有效防治抑郁癥。

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