北京時(shí)間1月15日凌晨，李曉明教授團(tuán)隊(duì)在Nature Medicine雜志上發(fā)表了題為Cannabinoid CB1 receptors in the amygdalar cholecystokinin glutamatergic afferents to nucleus accumbens modulate depressive-like behavior的研究論文，發(fā)現(xiàn)了一條參與抑郁癥發(fā)病的新神經(jīng)環(huán)路并揭示了大 麻治療抑郁癥的新機(jī)制，為認(rèn)識(shí)抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路提供了嶄新的認(rèn)識(shí)，并發(fā)現(xiàn)了潛在的治療靶點(diǎn)。

       抑郁癥是一種最常見的**疾病，嚴(yán)重困擾患者的生活和工作，給家庭和社會(huì)帶來沉重的負(fù)擔(dān)（12月1日，杰出的華人物理學(xué)家張首晟教授是因抑郁癥意外去世，引發(fā)了社會(huì)對抑郁癥的廣泛的關(guān)注與討論），目前我們對抑郁癥的病理機(jī)制仍然知之甚少。臨床上對于抑郁癥的診斷主要通過患者自述，并且，臨床針對抑郁癥的治療藥物主要是通過提高腦內(nèi)化學(xué)遞質(zhì)的水平來達(dá)到抗抑郁的效果，起效很慢，而且只在20~30%左右的病人中起效。因此，研究抑郁癥的發(fā)病機(jī)制對于其診斷和治療具有重要意義。

       關(guān)于李曉明教授團(tuán)隊(duì)最新的這項(xiàng)研究，首先，他們發(fā)現(xiàn)了參與抑郁癥發(fā)病的一條新的神經(jīng)環(huán)路-杏仁核的膽囊收縮素陽性神經(jīng)元投射到伏隔核的抑制性神經(jīng)元，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在社會(huì)壓力應(yīng)激導(dǎo)致的抑郁動(dòng)物模型中，該環(huán)路的突觸活動(dòng)顯著增強(qiáng)，利用光遺傳技術(shù)抑制這條神經(jīng)環(huán)路的活動(dòng)可以有效克服抑郁癥狀。其次，他們發(fā)現(xiàn)大 麻素受體在這條環(huán)路特異性表達(dá)，并且在抑郁動(dòng)物模型中該環(huán)路上的大 麻素受體表達(dá)顯著降低。敲降該環(huán)路上的大 麻素受體也可以導(dǎo)致環(huán)路突觸活動(dòng)增強(qiáng)和小鼠易感抑郁的表型。更重要的是，他們發(fā)現(xiàn)外源性地給予人工合成的大 麻可以逆轉(zhuǎn)社會(huì)壓力導(dǎo)致的抑郁樣行為。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了大 麻抗抑郁的分子和環(huán)路機(jī)制，推進(jìn)了人們關(guān)于抑郁癥發(fā)病機(jī)理的認(rèn)識(shí)，并為抑郁癥的臨床診斷和治療提供了新的分子靶點(diǎn)。

       李曉明團(tuán)隊(duì)成員從左到右為：鄭迪，李春悅，李曉明教授，沈晨杰，付佳毓，余小丹

       大腦“恐懼中心”杏仁核存在兩條感知“愉悅”和“厭惡”的神經(jīng)環(huán)路

       據(jù)了解，在長達(dá)五年的研究中， 浙江大學(xué)李曉明教授團(tuán)隊(duì)主要關(guān)注一個(gè)叫做杏仁核的腦區(qū)。杏仁核位于掌管情緒的邊緣系統(tǒng)中，在大腦深處，因形狀酷似杏仁而得名。杏仁核在在下至爬行動(dòng)物，上至人類的大腦都存在，傳統(tǒng)研究表明，杏仁核主要掌管我們的恐懼記憶。但是近些年來研究認(rèn)為，杏仁核可能參與情緒的編碼。

       他們首先利用原位雜交等技術(shù)分析了杏仁核的基因圖譜，意外地發(fā)現(xiàn)一種名為膽囊收縮素的肽類在杏仁核高表達(dá)。為了研究這類膽囊收縮素陽性神經(jīng)元在情緒編碼中的作用，他們采用一種名為“實(shí)時(shí)位置條件偏好”的行為范式，他們將小鼠放入一個(gè)可以自由穿梭的兩箱內(nèi)，然后在一側(cè)箱子給予光遺傳刺激（即用光控制神經(jīng)元活動(dòng)）激活小鼠腦內(nèi)杏仁核的膽囊收縮素肽類神經(jīng)元。課題組在觀察小鼠行為的時(shí)候，有趣的事情發(fā)生了。他們發(fā)現(xiàn)，小鼠一旦進(jìn)入光刺激區(qū)域時(shí)，幾秒后，它就會(huì)快速逃回另一側(cè)。久而久之，小鼠就不愿到光刺激區(qū)域探索。這就說明，光激活杏仁核的膽囊收縮素神經(jīng)元帶給了小鼠“厭惡”的情緒體驗(yàn)。相反，課題組發(fā)現(xiàn)，如果利用光遺傳同樣地激活杏仁核不表達(dá)膽囊收縮素的神經(jīng)元，小鼠會(huì)表現(xiàn)出對光照區(qū)域的“喜愛”，這就說明這些杏仁核膽囊收縮素陽性和陰性神經(jīng)元編碼了“厭惡”和“愉悅”兩種截然相反的情緒體驗(yàn)。

       進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這兩群杏仁核神經(jīng)元除了基因表達(dá)的差異，它們在神經(jīng)環(huán)路投射上也存在很大的區(qū)別。雖然這兩群杏仁核神經(jīng)元都投射到一個(gè)叫做伏隔核的下游核團(tuán)，但是膽囊收縮素陽性神經(jīng)元主要和伏隔核表達(dá)多巴胺受體2型的抑制性神經(jīng)元形成突觸聯(lián)系，相反，膽囊收縮素陰性神經(jīng)元主要和伏隔核表達(dá)多巴胺受體1型的抑制性神經(jīng)元形成突觸聯(lián)系。 “這是首次同時(shí)從基因和環(huán)路的水平鑒定了杏仁核表達(dá)愉悅和厭惡的候選基因及其相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路。”，李曉明教授解釋道。

       杏仁核相關(guān)的“厭惡”神經(jīng)環(huán)路突觸活動(dòng)異常介導(dǎo)抑郁癥狀

       臨床抑郁癥患者尸體解剖和影像學(xué)等證據(jù)都表明“杏仁核”的體積在抑郁癥患者中增大，并且當(dāng)抑郁癥患者面對負(fù)性情緒刺激時(shí)，他們的杏仁核也被顯著被激活，這提示杏仁核可能在抑郁癥的發(fā)病過程中扮演著非常重要的作用。

       為了證實(shí)杏仁核這兩條編碼“愉悅”和“厭惡”神經(jīng)環(huán)路在抑郁癥中的作用，他們用了一種名為“社會(huì)應(yīng)激挫敗”的抑郁模型。他們將實(shí)驗(yàn)小鼠放入攻擊性強(qiáng)的CD1品系小鼠的籠子里，一旦實(shí)驗(yàn)小鼠進(jìn)入，CD1小鼠會(huì)立即追打和攻擊實(shí)驗(yàn)小鼠，這個(gè)攻擊過程持續(xù)10分鐘，連續(xù)10天。在第11天，這些實(shí)驗(yàn)小鼠被放入一個(gè)社會(huì)交互的曠場中，將CD1小鼠放在曠場中央，一部分小鼠表現(xiàn)出社會(huì)逃避，不愿意和CD1小鼠進(jìn)行社會(huì)交流，他們稱這些小鼠是悲觀型小鼠。課題組進(jìn)一步利用“懸尾實(shí)驗(yàn)”和“糖水偏好實(shí)驗(yàn)”發(fā)現(xiàn)，這些悲觀小鼠表現(xiàn)出“行為絕望”和“快感缺失”，即當(dāng)被倒立懸掛時(shí)，悲觀小鼠更早地表現(xiàn)出放棄掙扎的狀態(tài)，并且它們對平時(shí)喜歡的糖水獎(jiǎng)勵(lì)也無動(dòng)于衷。相反，另外一群小鼠在經(jīng)歷10天社會(huì)應(yīng)激后，在第11天仍然愿意與CD1小鼠進(jìn)行交流，這些小鼠被稱為樂觀型小鼠。“生活中，即使面對同樣的壓力時(shí)，有部分人更容易消沉，甚至進(jìn)入長期的抑郁狀態(tài)，這與他們大腦有關(guān)。”，該論文的第一作者沈晨杰博士解釋道。

       接著，他們利用離體腦片電生理記錄等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，杏仁核相關(guān)“厭惡”神經(jīng)環(huán)路的活動(dòng)在悲觀型小鼠中異?；钴S，如果人為地光遺傳學(xué)抑制杏仁核“厭惡”環(huán)路的神經(jīng)元活動(dòng)，可以逆轉(zhuǎn)悲觀型小鼠的抑郁樣癥狀，表現(xiàn)為悲觀型小鼠主動(dòng)接近CD1小鼠與它交流，并且掉入水中的求生欲和對糖水的喜好都大大增強(qiáng)。相反，如果在正常小鼠中持續(xù)激活腦內(nèi)杏仁核的“厭惡”環(huán)路，這些正常小鼠慢慢地表現(xiàn)出行為絕望和快感缺失的抑郁樣表型。“這就說明腦內(nèi)杏仁核膽囊收縮素相關(guān)的厭惡環(huán)路可以雙向調(diào)節(jié)抑郁行為，這為以后治療抑郁癥提供了一個(gè)新的治療策略。”，該論文的第二作者鄭迪博士說。

       大 麻素受體“剎車失靈”介導(dǎo)抑郁小鼠中“厭惡”環(huán)路突觸活動(dòng)的增強(qiáng)

       為了進(jìn)一步研究悲觀小鼠杏仁核相關(guān)“厭惡”環(huán)路活動(dòng)增強(qiáng)的具體分子機(jī)制，他們利用原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)，大 麻素受體大量表達(dá)在杏仁核膽囊收縮素肽類神經(jīng)元陽性的“厭惡”神經(jīng)環(huán)路中。

       什么是大 麻素受體？大 麻素受體是人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)量的G蛋白偶聯(lián)受體之一。大 麻素受體主要位于突觸前膜，腦內(nèi)的大 麻素受體不僅可以被令人上癮的大 麻主要成分植物性大 麻素THC所激活，也可以被存在于神經(jīng)系統(tǒng)突觸后膜產(chǎn)生的內(nèi)源性大 麻素N-花生四烯酸氨基乙醇和2-花生四烯酸甘油所激活。當(dāng)神經(jīng)環(huán)路上的突觸活動(dòng)過強(qiáng)時(shí)，突觸后的神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生內(nèi)源性大 麻素“逆行”到突觸前激動(dòng)大 麻素受體，被激活的大 麻素受體可以抑制突觸前遞質(zhì)的釋放，從而起到反饋性的調(diào)節(jié)，“如果把神經(jīng)環(huán)路的突觸活動(dòng)比作為高速行駛的汽車，那腦內(nèi)的大 麻素受體就是這輛汽車的剎車系統(tǒng)。”沈晨杰博士說。

       小鼠腦內(nèi)杏仁核區(qū)域膽囊收縮素（Cholecystokinin，CCK）和大 麻素受體（Cannabinoid receptors,CB1）共表達(dá)情況

       這些在杏仁核“厭惡”環(huán)路中高表達(dá)的大 麻素受體和抑郁癥又有什么關(guān)系呢？他們在悲觀小鼠的腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)，其大 麻素受體的表達(dá)水平較對照組小鼠和樂觀小鼠明顯降低，離體和在體電生理證據(jù)表明，悲觀小鼠腦內(nèi)降低的大 麻素受體表達(dá)使得杏仁核表達(dá)‘厭惡’的神經(jīng)環(huán)路，其面對壓力時(shí)的過度突觸活動(dòng)不能被有效抑制。并且，如果利用病毒敲降正常小鼠“厭惡”環(huán)路中的大 麻素受體，這些小鼠會(huì)表現(xiàn)出對壓力的易感性，即當(dāng)它們面對社會(huì)應(yīng)激壓力時(shí)，更容易表現(xiàn)出抑郁樣的行為表型。

       “我們的結(jié)果證明大 麻素受體對于杏仁核“厭惡”情緒的表達(dá)至關(guān)重要，一旦其表達(dá)或功能下降，都會(huì)導(dǎo)致杏仁核厭惡情緒的過度表達(dá)，就好比是行駛在高速公路上無法剎車的汽車，最終釀成大禍。”沈晨杰博士解釋道。“并且，值得注意的是，2007年一款一度被推崇的新型減肥藥，也就是大 麻素受體的拮抗劑利莫那班在全球市場被緊急撤回，主要是因?yàn)樗跍p肥的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致抑郁，我們的研究提供了大 麻素受體功能下調(diào)導(dǎo)致抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路解釋。”

       醫(yī)用大 麻：抗抑郁治療的新曙光

       早在千年之前傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的經(jīng)典文獻(xiàn)《皇帝內(nèi)經(jīng)》中，就記載了古人醫(yī)用大 麻的案例。大 麻是一種非常有效的止痛劑，同時(shí)對惡心、嘔吐也有較好的療效。大 麻的醫(yī)用史可追溯到 5000 年以前，可以用于疼痛、嘔吐、癲癇等。

       既然抑郁小鼠中杏仁核“厭惡”環(huán)路中的大 麻素受體表達(dá)下降，導(dǎo)致了突觸活動(dòng)增強(qiáng)和厭惡情緒過度表達(dá)。那么如果人為給予外源性大 麻素，能否起到抗抑郁效果呢？他們利用套管注射等方法，在抑郁小鼠腦內(nèi)注射了人工合成的大 麻，發(fā)現(xiàn)可以有效地逆轉(zhuǎn)小鼠的抑郁樣癥狀。“醫(yī)用大 麻用于抑郁癥的治療仍有很長一段路要走”，李曉明教授說，“但是，我們的研究提示大 麻素受體可以作為一個(gè)抑郁癥診斷的分子標(biāo)記物，我們目前已經(jīng)成功設(shè)計(jì)并合成了針對大 麻素受體的臨床用PET示蹤劑，正在開展相關(guān)的臨床研究。”

       據(jù)悉，Nature Medicine 雜志評審專家對這一研究給了很高的評價(jià)，“這項(xiàng)工作非常新穎，具有高度的原創(chuàng)性，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，利用多種技術(shù)從分子、細(xì)胞、環(huán)路和行為等不同層面，在概念上更新了我們對重度抑郁癥發(fā)病機(jī)理，應(yīng)激神經(jīng)生物學(xué)和杏仁核環(huán)路結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)，并必將對這些領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。”“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)果不僅有趣，而且非常有實(shí)用價(jià)值，具有廣泛的意義。”“這項(xiàng)工作提供了讓人信服的數(shù)據(jù)，證明了杏仁核膽囊收縮素陽性神經(jīng)元到伏隔核環(huán)路中的大 麻素受體在調(diào)節(jié)抑郁樣癥狀中的重要性。”

       據(jù)悉，本課題主要由博士研究生沈晨杰、鄭迪、李可心等在李曉明教授的指導(dǎo)下完成。2014級博士研究生沈晨杰是論文的第一作者，李曉明教授是論文的通訊作者。該研究得到了浙江大學(xué)胡海嵐教授、段樹民院士等的大力幫助。

       專家點(diǎn)評

       仇子龍（中科院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員，國家“杰青”）

       李曉明教授上周和這周兩篇力作，分別在成癮和抑郁癥相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路方面有重要發(fā)現(xiàn)。李曉明教授主要研究大腦抑制性神經(jīng)環(huán)路在情感和情感障礙中的作用。神經(jīng)環(huán)路研究是國際神經(jīng)科學(xué)界的熱點(diǎn)領(lǐng)域，神經(jīng)科學(xué)的最新技術(shù)，如光遺傳、全腦成像、藥物遺傳學(xué)與基因編輯等最新技術(shù)的應(yīng)用日新月異，競爭呈白熱化狀態(tài)。在此領(lǐng)域激烈的國際競爭中，我國科學(xué)家整體并不占任何優(yōu)勢。如何在競爭激烈的領(lǐng)域擁有自己的一席之地，李曉明教授的一系列系統(tǒng)性的工作給了我們很好的啟示。

       李曉明教授實(shí)驗(yàn)室長期關(guān)注大腦中抑制性神經(jīng)元相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路，在2012年以來，他們主要研究PV陽性的GABA能抑制性神經(jīng)環(huán)路在癲癇、**分裂癥、睡眠障礙和自閉癥等疾病中的作用（Li et al. Nature Neuroscience，2012； Yang et al. Journal of Neuroscience，2013; Ni, et al. eLife，2015; Zhang, et al. Cell Research，2016; Geng, et al, Journal of Neuroscience，2017）。近年來他們運(yùn)用跨突觸病毒標(biāo)記的方法，系統(tǒng)性地研究了包括PV神經(jīng)元在內(nèi)的多種GABA能神經(jīng)元的全腦投射。上周他們的Neuron文章(Li, et al, Neuron,2019)發(fā)現(xiàn)VTA腦區(qū)的GABA能神經(jīng)元對于調(diào)控成癮行為有嶄新的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。這篇Nature Medicine（Shen et al, Nature Medicine, 2019）工作研究了杏仁核中CCK神經(jīng)元的神奇功能。杏仁核是一個(gè)經(jīng)過多年研究的大腦核團(tuán)，與恐懼記憶有關(guān)，關(guān)于杏仁核的發(fā)表文章可以說已經(jīng)汗牛充棟。而曉明教授的團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，發(fā)現(xiàn)杏仁核的CCK陽性神經(jīng)元不僅僅有GABA陽性神經(jīng)元，還有大量的谷氨酸能長程投射神經(jīng)元，經(jīng)過深入研究，他們發(fā)現(xiàn)這些CCK谷氨酸能投射神經(jīng)元通過調(diào)控紋狀體的GABA能中棘神經(jīng)元參與抑郁癥的核心癥狀，為認(rèn)識(shí)抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路提供了嶄新的認(rèn)識(shí)，并發(fā)現(xiàn)了潛在的治療靶點(diǎn)。

       這篇重量級文章與浙大醫(yī)學(xué)院胡海嵐教授于2018年初發(fā)表的兩篇Nature article文章相映成趣（兩篇Nature長文丨胡海嵐團(tuán)隊(duì)抑郁癥研究的重大突破——仇子龍?zhí)卦u），在國際抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路研究領(lǐng)域必將產(chǎn)生重要影響。

      通訊作者簡介

      李曉明博士

      醫(yī)學(xué)博士、浙江大學(xué)“求是特聘”教授、教育部“長江學(xué)者”特聘教授、中組部國家“萬人計(jì)劃”創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家杰出青年基金獲得者。李曉明博士分別于1996年和2003年從原第一軍醫(yī)大學(xué)獲醫(yī)學(xué)學(xué)士和醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。目前任浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院常務(wù)副院長、神經(jīng)生物學(xué)系主任。李曉明教授實(shí)驗(yàn)室長期研究情感和情感障礙的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，在突觸和神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)和功能調(diào)控領(lǐng)域，尤其在**分裂癥、抑郁癥等神經(jīng)**疾病的發(fā)病機(jī)制方面取得重要研究成果，代表性論文以通訊作者發(fā)表在國際著名期刊如Nature Medicine、Nature Neuroscience、Neuron等上，并被國際同行發(fā)表專文正面評述。

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