《Hormones and Behavior》:Central liver-expressed antimicrobial peptide 2 induces anxiety- and depression-related behaviors and activates the hypothalamic-pituitary-adrenal axis in male mice
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本研究旨在揭示生長(zhǎng)激素促分泌素受體(GHSR)的內(nèi)源性逆激動(dòng)劑——肝表達(dá)抗菌肽2(LEAP2)對(duì)精神健康的影響。研究人員通過(guò)向雄性小鼠側(cè)腦室急性給予LEAP2,評(píng)估其焦慮與抑郁樣行為,并分析下游單胺能信號(hào)與HPA軸活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),中樞LEAP2給藥可顯著誘發(fā)焦慮和抑郁樣行為,同時(shí)導(dǎo)致血液皮質(zhì)酮水平急劇升高,并在紋狀體終末床核(BNST)等腦區(qū)引發(fā)多巴胺和5-羥色胺等單胺類(lèi)遞質(zhì)水平的改變。這些發(fā)現(xiàn)揭示了ghrelin能系統(tǒng)在調(diào)控中樞信號(hào)與精神健康中的新角色,提示LEAP2可能是治療與飲食失調(diào)(如肥胖、神經(jīng)性厭食癥)共病的焦慮和抑郁的潛在靶點(diǎn)。
我們常常感到壓力和情緒低落,背后是大腦中復(fù)雜的化學(xué)信號(hào)在起作用。ghrelin(胃饑餓素)系統(tǒng)因其調(diào)控食欲和代謝的功能而聞名,但近年來(lái),科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它在情緒、壓力和獎(jiǎng)勵(lì)中也扮演著關(guān)鍵角色。這個(gè)系統(tǒng)就像一個(gè)精密的蹺蹺板:一頭是激活受體、促進(jìn)進(jìn)食并可能緩解焦慮的ghrelin,另一頭則是其天然的“剎車(chē)”——肝表達(dá)抗菌肽2(LEAP2)。LEAP2作為生長(zhǎng)激素促分泌素受體(GHSR)的內(nèi)源性逆激動(dòng)劑,已知能抑制進(jìn)食,與飽腹感相關(guān)。然而,這個(gè)“剎車(chē)”對(duì)情緒和精神健康究竟有何影響?特別是在肥胖、神經(jīng)性厭食癥等患者體內(nèi)LEAP2水平常常失調(diào),而這些疾病又與高發(fā)的焦慮、抑郁共病。解開(kāi)LEAP2對(duì)情緒和行為的影響之謎,對(duì)于理解ghrelin能系統(tǒng)在精神健康中的作用,乃至開(kāi)發(fā)新的治療策略,都至關(guān)重要。發(fā)表在《Hormones and Behavior》上的這項(xiàng)研究,正是為了回答這個(gè)核心問(wèn)題。
為了探究LEAP2的中樞效應(yīng),研究人員采用了成熟的動(dòng)物行為學(xué)與生化分析相結(jié)合的策略。他們使用成年雄性NMRI小鼠,通過(guò)手術(shù)向其第三腦室植入導(dǎo)管,用于精確的側(cè)腦室藥物注射。核心的技術(shù)方法包括:1) 側(cè)腦室給藥技術(shù):急性注射LEAP2或?qū)φ杖軇?) 行為學(xué)測(cè)試三聯(lián)法:通過(guò)曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和高架十字迷宮評(píng)估焦慮樣行為,通過(guò)強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)評(píng)估抑郁樣行為;3) 離體生化分析:在給藥一小時(shí)后采集血液和腦組織,使用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法(ELISA)檢測(cè)血清皮質(zhì)酮水平,并使用高效液相色譜-電化學(xué)檢測(cè)法(HPLC-EC)定量分析多個(gè)腦區(qū)(如前額葉皮層、伏隔核、BNST、下丘腦、腹側(cè)被蓋區(qū)等)的單胺類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)及其代謝物含量。
3.1. 中樞LEAP2誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生焦慮樣行為
研究人員通過(guò)曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和高架十字迷宮評(píng)估了LEAP2對(duì)焦慮樣行為的影響。在曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中,與對(duì)照組相比,接受LEAP2處理的小鼠在場(chǎng)地中心區(qū)域停留的總時(shí)間和進(jìn)入次數(shù)均顯著減少,而在角落區(qū)域停留的總時(shí)間顯著增加,這表明小鼠出現(xiàn)了明顯的焦慮樣行為,傾向于躲避開(kāi)放空間。這一結(jié)論通過(guò)高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)得到了進(jìn)一步驗(yàn)證:LEAP2處理顯著減少了小鼠在開(kāi)放臂停留的時(shí)間和進(jìn)入次數(shù),同時(shí)增加了在封閉臂的停留時(shí)間和進(jìn)入次數(shù)。綜合兩項(xiàng)行為學(xué)測(cè)試結(jié)果,研究者得出結(jié)論:急性中樞給予LEAP2能夠誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生顯著的焦慮樣行為。
3.2. LEAP2增加強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)中的不動(dòng)時(shí)間
為了評(píng)估LEAP2對(duì)抑郁樣行為的影響,研究者采用了強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,動(dòng)物在水中停止掙扎、呈漂浮不動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng),通常被認(rèn)為抑郁樣行為越明顯。結(jié)果顯示,在最初的2分鐘適應(yīng)期后,LEAP2處理組小鼠在后續(xù)4分鐘內(nèi)的不動(dòng)時(shí)間顯著高于對(duì)照組,總不動(dòng)時(shí)間增加了約50%。這一結(jié)果表明,中樞LEAP2給藥能夠誘發(fā)小鼠的抑郁樣行為。
3.3. 中樞LEAP2給藥升高血液皮質(zhì)酮水平并引起腦內(nèi)單胺能變化
為了探究LEAP2產(chǎn)生上述行為效應(yīng)的潛在生物學(xué)機(jī)制,研究者在另一組未進(jìn)行行為測(cè)試的小鼠中檢測(cè)了給藥后的生化指標(biāo)。結(jié)果非常顯著:中樞給予LEAP2導(dǎo)致小鼠血液中的皮質(zhì)酮水平急劇升高,大約是對(duì)照組的四倍,這表明LEAP2強(qiáng)烈激活了下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸),即機(jī)體的核心應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)。
同時(shí),對(duì)腦組織單胺類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)揭示了LEAP2對(duì)特定腦區(qū)神經(jīng)化學(xué)環(huán)境的影響。其中,變化最為突出的是在紋狀體終末床核(BNST),LEAP2處理顯著提高了多巴胺及其代謝物3,4-二羥基苯乙酸(DOPAC)等的水平。在獎(jiǎng)賞相關(guān)腦區(qū),如伏隔核和腹側(cè)被蓋區(qū)(VTA),LEAP2處理導(dǎo)致了5-羥色胺及其代謝物5-羥基吲哚乙酸(5-HIAA)水平的升高或升高趨勢(shì),但并未影響這些區(qū)域的基礎(chǔ)多巴胺水平。在下丘腦也觀(guān)察到了5-羥色胺升高的趨勢(shì)。這些變化提示,LEAP2可能通過(guò)改變BNST的多巴胺能信號(hào)以及伏隔核/VTA的5-羥色胺能信號(hào),進(jìn)而影響情緒和行為。
該研究的結(jié)論與討論部分清晰地勾勒出了LEAP2在精神健康領(lǐng)域的新角色。本研究表明,作為ghrelin系統(tǒng)的內(nèi)源性“剎車(chē)”,中樞LEAP2具有明確的致焦慮和致抑郁樣效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)與已知的ghrelin(具有抗焦慮和抗抑郁作用)以及人工合成的GHSR拮抗劑(具有致焦慮作用)的藥理作用形成了完美對(duì)應(yīng),進(jìn)一步證實(shí)了ghrelin能系統(tǒng)在情緒調(diào)控中的雙向平衡作用。
其重要意義在于首次系統(tǒng)揭示了LEAP2影響精神健康的潛在通路:一方面,LEAP2能夠強(qiáng)力激活HPA軸,導(dǎo)致應(yīng)激激素皮質(zhì)酮飆升,這可能是其誘發(fā)焦慮和抑郁的核心機(jī)制之一;另一方面,它特異地改變了與應(yīng)激和獎(jiǎng)賞密切相關(guān)的腦區(qū)(如BNST、伏隔核、VTA)的單胺能神經(jīng)化學(xué)環(huán)境。特別值得注意的是,LEAP2在BNST引起多巴胺升高,這可能通過(guò)影響該腦區(qū)對(duì)HPA軸的調(diào)控而參與應(yīng)激反應(yīng);而在獎(jiǎng)賞環(huán)路中增加5-羥色胺信號(hào),則可能通過(guò)5-HT2C受體等途徑抑制多巴胺能獎(jiǎng)賞反應(yīng),這或許能解釋作者團(tuán)隊(duì)此前發(fā)現(xiàn)的LEAP2削弱食物和酒精獎(jiǎng)賞效應(yīng)的現(xiàn)象。
這些發(fā)現(xiàn)將LEAP2置于連接代謝失調(diào)與精神疾病的交匯點(diǎn)。已知在肥胖(LEAP2水平升高)和不穩(wěn)定的神經(jīng)性厭食癥(LEAP2水平也發(fā)生改變)患者中,常常伴有高發(fā)的焦慮和抑郁。本研究提示,在這些疾病狀態(tài)下失調(diào)的LEAP2,可能就是導(dǎo)致其共病精神癥狀的一個(gè)重要內(nèi)源性因素。因此,LEAP2不僅是理解ghrelin能系統(tǒng)如何影響情緒的新鑰匙,更可能成為未來(lái)開(kāi)發(fā)針對(duì)飲食失調(diào)相關(guān)情緒障礙治療藥物的一個(gè)極具潛力的新靶點(diǎn)。當(dāng)然,研究也存在一些局限,如僅使用了雄性小鼠、僅探討了急性效應(yīng)、給藥方式為腦室廣泛給藥等,這些都為未來(lái)的研究指明了方向,包括在雌性動(dòng)物中驗(yàn)證、研究慢性效應(yīng)、進(jìn)行特定腦區(qū)靶向給藥以及探索GHSR和HPA軸在其中的確切作用機(jī)制等。