北京時(shí)間1月15日凌晨，李曉明教授團隊在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制，為認識抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路提供了嶄新的認識，并發(fā)現了潛在的治療靶點(diǎn)。

       抑郁癥是一種最常見(jiàn)的**疾病，嚴重困擾患者的生活和工作，給家庭和社會(huì )帶來(lái)沉重的負擔（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制仍然知之甚少。臨床上對于抑郁癥的診斷主要通過(guò)患者自述，并且，臨床針對抑郁癥的治療藥物主要是通過(guò)提高腦內化學(xué)遞質(zhì)的水平來(lái)達到抗抑郁的效果，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)病機制對于其診斷和治療具有重要意義。

       關(guān)于李曉明教授團隊最新的這項研究，首先，他們發(fā)現了參與抑郁癥發(fā)病的一條新的神經(jīng)環(huán)路-杏仁核的膽囊收縮素陽(yáng)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)現在社會(huì )壓力應激導致的抑郁動(dòng)物模型中，該環(huán)路的突觸活動(dòng)顯著(zhù)增強，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)現大 麻素受體在這條環(huán)路特異性表達，并且在抑郁動(dòng)物模型中該環(huán)路上的大 麻素受體表達顯著(zhù)降低。敲降該環(huán)路上的大 麻素受體也可以導致環(huán)路突觸活動(dòng)增強和小鼠易感抑郁的表型。更重要的是，他們發(fā)現外源性地給予人工合成的大 麻可以逆轉社會(huì )壓力導致的抑郁樣行為。這些發(fā)現不僅揭示了大 麻抗抑郁的分子和環(huán)路機制，推進(jìn)了人們關(guān)于抑郁癥發(fā)病機理的認識，并為抑郁癥的臨床診斷和治療提供了新的分子靶點(diǎn)。

       李曉明團隊成員從左到右為：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

       據了解，在長(cháng)達五年的研究中， 浙江大學(xué)李曉明教授團隊主要關(guān)注一個(gè)叫做杏仁核的腦區。杏仁核位于掌管情緒的邊緣系統中，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(lèi)的大腦都存在，傳統研究表明，杏仁核主要掌管我們的恐懼記憶。但是近些年來(lái)研究認為，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)現一種名為膽囊收縮素的肽類(lèi)在杏仁核高表達。為了研究這類(lèi)膽囊收縮素陽(yáng)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，然后在一側箱子給予光遺傳刺激（即用光控制神經(jīng)元活動(dòng)）激活小鼠腦內杏仁核的膽囊收縮素肽類(lèi)神經(jīng)元。課題組在觀(guān)察小鼠行為的時(shí)候，有趣的事情發(fā)生了。他們發(fā)現，小鼠一旦進(jìn)入光刺激區域時(shí)，幾秒后，它就會(huì )快速逃回另一側。久而久之，小鼠就不愿到光刺激區域探索。這就說(shuō)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。相反，課題組發(fā)現，如果利用光遺傳同樣地激活杏仁核不表達膽囊收縮素的神經(jīng)元，小鼠會(huì )表現出對光照區域的“喜愛(ài)”，這就說(shuō)明這些杏仁核膽囊收縮素陽(yáng)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。

       進(jìn)一步研究發(fā)現，這兩群杏仁核神經(jīng)元除了基因表達的差異，它們在神經(jīng)環(huán)路投射上也存在很大的區別。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，但是膽囊收縮素陽(yáng)性神經(jīng)元主要和伏隔核表達多巴胺受體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)異常介導抑郁癥狀

       臨床抑郁癥患者尸體解剖和影像學(xué)等證據都表明“杏仁核”的體積在抑郁癥患者中增大，并且當抑郁癥患者面對負性情緒刺激時(shí)，他們的杏仁核也被顯著(zhù)被激活，這提示杏仁核可能在抑郁癥的發(fā)病過(guò)程中扮演著(zhù)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 )應激挫敗”的抑郁模型。他們將實(shí)驗小鼠放入攻擊性強的CD1品系小鼠的籠子里，一旦實(shí)驗小鼠進(jìn)入，CD1小鼠會(huì )立即追打和攻擊實(shí)驗小鼠，這個(gè)攻擊過(guò)程持續10分鐘，連續10天。在第11天，這些實(shí)驗小鼠被放入一個(gè)社會(huì )交互的曠場(chǎng)中，將CD1小鼠放在曠場(chǎng)中央，一部分小鼠表現出社會(huì )逃避，不愿意和CD1小鼠進(jìn)行社會(huì )交流，他們稱(chēng)這些小鼠是悲觀(guān)型小鼠。課題組進(jìn)一步利用“懸尾實(shí)驗”和“糖水偏好實(shí)驗”發(fā)現，這些悲觀(guān)小鼠表現出“行為絕望”和“快感缺失”，即當被倒立懸掛時(shí)，悲觀(guān)小鼠更早地表現出放棄掙扎的狀態(tài)，并且它們對平時(shí)喜歡的糖水獎勵也無(wú)動(dòng)于衷。相反，另外一群小鼠在經(jīng)歷10天社會(huì )應激后，在第11天仍然愿意與CD1小鼠進(jìn)行交流，這些小鼠被稱(chēng)為樂(lè )觀(guān)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(cháng)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(zhù)，他們利用離體腦片電生理記錄等技術(shù)發(fā)現，杏仁核相關(guān)“厭惡”神經(jīng)環(huán)路的活動(dòng)在悲觀(guān)型小鼠中異常活躍，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)，可以逆轉悲觀(guān)型小鼠的抑郁樣癥狀，表現為悲觀(guān)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。相反，如果在正常小鼠中持續激活腦內杏仁核的“厭惡”環(huán)路，這些正常小鼠慢慢地表現出行為絕望和快感缺失的抑郁樣表型。“這就說(shuō)明腦內杏仁核膽囊收縮素相關(guān)的厭惡環(huán)路可以雙向調節抑郁行為，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(shuō)。

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

       為了進(jìn)一步研究悲觀(guān)小鼠杏仁核相關(guān)“厭惡”環(huán)路活動(dòng)增強的具體分子機制，他們利用原位雜交技術(shù)發(fā)現，大 麻素受體大量表達在杏仁核膽囊收縮素肽類(lèi)神經(jīng)元陽(yáng)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)系統中表達量的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)系統突觸后膜產(chǎn)生的內源性大 麻素N-花生四烯酸氨基乙醇和2-花生四烯酸甘油所激活。當神經(jīng)環(huán)路上的突觸活動(dòng)過(guò)強時(shí)，突觸后的神經(jīng)元會(huì )產(chǎn)生內源性大 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節，“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(chē)，那腦內的大 麻素受體就是這輛汽車(chē)的剎車(chē)系統。”沈晨杰博士說(shuō)。

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

       這些在杏仁核“厭惡”環(huán)路中高表達的大 麻素受體和抑郁癥又有什么關(guān)系呢？他們在悲觀(guān)小鼠的腦內發(fā)現，其大 麻素受體的表達水平較對照組小鼠和樂(lè )觀(guān)小鼠明顯降低，離體和在體電生理證據表明，悲觀(guān)小鼠腦內降低的大 麻素受體表達使得杏仁核表達‘厭惡’的神經(jīng)環(huán)路，其面對壓力時(shí)的過(guò)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 )表現出對壓力的易感性，即當它們面對社會(huì )應激壓力時(shí)，更容易表現出抑郁樣的行為表型。

       “我們的結果證明大 麻素受體對于杏仁核“厭惡”情緒的表達至關(guān)重要，一旦其表達或功能下降，都會(huì )導致杏仁核厭惡情緒的過(guò)度表達，就好比是行駛在高速公路上無(wú)法剎車(chē)的汽車(chē)，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(chǎng)被緊急撤回，主要是因為它在減肥的同時(shí)還會(huì )導致抑郁，我們的研究提供了大 麻素受體功能下調導致抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路解釋。”

       醫用大 麻：抗抑郁治療的新曙光

       早在千年之前傳統醫學(xué)的經(jīng)典文獻《皇帝內經(jīng)》中，就記載了古人醫用大 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 麻素受體表達下降，導致了突觸活動(dòng)增強和厭惡情緒過(guò)度表達。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，在抑郁小鼠腦內注射了人工合成的大 麻，發(fā)現可以有效地逆轉小鼠的抑郁樣癥狀。“醫用大 麻用于抑郁癥的治療仍有很長(cháng)一段路要走”，李曉明教授說(shuō)，“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記物，我們目前已經(jīng)成功設計并合成了針對大 麻素受體的臨床用PET示蹤劑，正在開(kāi)展相關(guān)的臨床研究。”

       據悉，Nature Medicine 雜志評審專(zhuān)家對這一研究給了很高的評價(jià)，“這項工作非常新穎，具有高度的原創(chuàng )性，實(shí)驗設計嚴謹，利用多種技術(shù)從分子、細胞、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)病機理，應激神經(jīng)生物學(xué)和杏仁核環(huán)路結構和功能的認識，并必將對這些領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。”“實(shí)驗設計巧妙，結果不僅有趣，而且非常有實(shí)用價(jià)值，具有廣泛的意義。”“這項工作提供了讓人信服的數據，證明了杏仁核膽囊收縮素陽(yáng)性神經(jīng)元到伏隔核環(huán)路中的大 麻素受體在調節抑郁樣癥狀中的重要性。”

       據悉，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(shù)民院士等的大力幫助。

       專(zhuān)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。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性的工作給了我們很好的啟示。

       李曉明教授實(shí)驗室長(cháng)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(lái)，他們主要研究PV陽(yáng)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(lái)他們運用跨突觸病毒標記的方法，系統性地研究了包括PV神經(jīng)元在內的多種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VTA腦區的GABA能神經(jīng)元對于調控成癮行為有嶄新的神經(jīng)環(huán)路機制。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(guò)多年研究的大腦核團，與恐懼記憶有關(guān)，關(guān)于杏仁核的發(fā)表文章可以說(shuō)已經(jīng)汗牛充棟。而曉明教授的團隊另辟蹊徑，發(fā)現杏仁核的CCK陽(yáng)性神經(jīng)元不僅僅有GABA陽(yáng)性神經(jīng)元，還有大量的谷氨酸能長(cháng)程投射神經(jīng)元，經(jīng)過(guò)深入研究，他們發(fā)現這些CCK谷氨酸能投射神經(jīng)元通過(guò)調控紋狀體的GABA能中棘神經(jīng)元參與抑郁癥的核心癥狀，為認識抑郁癥的神經(jīng)環(huán)路提供了嶄新的認識，并發(fā)現了潛在的治療靶點(diǎn)。

       這篇重量級文章與浙大醫學(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(cháng)文丨胡海嵐團隊抑郁癥研究的重大突破——仇子龍特評），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(jiǎn)介

      李曉明博士

      醫學(xué)博士、浙江大學(xué)“求是特聘”教授、教育部“長(cháng)江學(xué)者”特聘教授、中組部國家“萬(wàn)人計劃”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年從原第一軍醫大學(xué)獲醫學(xué)學(xué)士和醫學(xué)博士學(xué)位。目前任浙江大學(xué)醫學(xué)院常務(wù)副院長(cháng)、神經(jīng)生物學(xué)系主任。李曉明教授實(shí)驗室長(cháng)期研究情感和情感障礙的神經(jīng)環(huán)路機制，在突觸和神經(jīng)環(huán)路的結構和功能調控領(lǐng)域，尤其在**分裂癥、抑郁癥等神經(jīng)**疾病的發(fā)病機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(zhù)名期刊如Nature Medicine、Nature Neuroscience、Neuron等上，并被國際同行發(fā)表專(zhuān)文正面評述。

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