經常emo？抑郁癥要數月治療才可能有效果！

       什么是emo？emo一詞最初指代一種搖滾音樂類型“情緒硬核”（Emotional Hardcore），但在當今互聯網語境中，它更多是作為 emotional的縮寫，被用來指代平日中會時不時出現的情緒化時刻，無人理解的苦惱、加班到深夜的委屈、囊中羞澀的尷尬、一地雞毛的生活瑣事等，“我頹了”、“我抑郁了”、“我太難了”、“我網抑云了”、……即一切“心情不好”的瞬間。emo往往是一種現時情緒，很快就會消逝，并不會讓人長時間沉浸其中。
      而抑郁癥則不同，既存在精神心理癥狀，同時也伴有一系列的生理不適。其發(fā)作往往會有持續(xù)兩周以上的心情低落、思維遲緩、意志活動減退、認知功能損害，以及睡眠障礙、乏力、食欲減退等軀體不適癥狀。據估計，全球有3.5億人患有抑郁癥。而通常的處方抗抑郁藥，如選擇性血清素再攝取抑制劑(SSRIs)需要數周甚至數月才能達到治療效果。為什么抗抑郁藥物需要數周或數月才能逆轉抑郁情緒，其潛在機制尚不清楚。
      一篇發(fā)表在bioRxiv上題為“Neuron-Glia Signaling Regulates the Onset of the Antidepressant Response”的預印本文章，利用10x Genomics單細胞核測序技術，分析了應激性抑郁小鼠的基因表達變化，并確定了它們對大腦皮層抗抑郁藥物治療的時間反應，以及促進抗抑郁藥物反應發(fā)生的細胞類型，從而為減輕抗抑郁藥物治療延遲發(fā)生提供新的研究思路。


       選擇性血清素再攝取抑制劑(SSRIs)由于其安全性、有效性和耐受性，已被用于治療抑郁癥的一線藥物數十年，并被批準用于成人和兒童患者。SSRIs對三分之二的重度抑郁癥(MDD)患者有效，用幾周時間可以改善情緒。在這期間，患者會出現多種副作用，其中自殺意念是最主要的。對重度抑郁癥患者的尸檢和神經影像學分析發(fā)現，在抑郁癥病理生理學過程中，關鍵神經元網絡存在結構和功能障礙。已知在嚙齒類動物模型中，抗抑郁藥物能在治療后數小時內提高細胞外血清素水平，并被認為能通過誘導長期的神經元適應來逆轉結構和功能異常，如神經發(fā)生、神經元形態(tài)改變和突觸可塑性。在人類和嚙齒類動物模型中，則需要數周時間通過這些適應來改善情緒，這表明在反應開始時存在更廣泛的、保守的血清素依賴機制，而這些機制尚不清楚。
不同類型的大腦皮層細胞對壓力和抗抑郁藥物治療有反應
       為了確定抗抑郁藥物反應中導致數周延遲的機制，研究人員使用來自小鼠大腦皮層的單細胞核RNA測序(snRNAseq)，利用10x Genomics平臺分析了應激和抗抑郁治療后基因表達變化的時間動態(tài)。大腦皮層是皮質邊緣情緒回路的一個重要區(qū)域。小鼠被置于社會隔離的環(huán)境中，培養(yǎng)壓力以誘發(fā)類似抑郁的行為，并用氟西汀(fluoxetine，一種廣泛使用的選擇性血清素再攝取抑制劑/SSRI)處理。在治療早期(3天)、一周(7天)和接近觀察到的行為改善(10天)時，分析不同組的基因表達變化。將12周齡小鼠大腦皮層解剖，每個時間點共采集24個樣本，分為4個實驗組：Control, ControlFlx, Stress和StressFlx，每個實驗組6只動物。每個樣本處理5000個細胞核。通過蔗糖偏好測試，壓力大的動物表現出快感缺乏，當測量它們的聲音驚嚇反應時，它們的情緒狀態(tài)顯示出了更高的驚嚇反應。為了確定基因表達的變化，研究者首先收集了所有時間點和治療組的綜合數據集。然后，研究人員根據在每個亞群中富集的相應標記基因來鑒定細胞群，并在現有數據庫中回顧細胞類型特異性標記基因表達模式，確定了36個不同的亞群。研究者觀察到，隨著治療的時間進程，應激影響的氟西汀規(guī)范化基因的轉錄調控穩(wěn)步增加。值得注意的是，如治療第3、7和10天的火山圖所示，研究者發(fā)現應激誘導的變化正�；�發(fā)生在膠質細胞、神經元和神經元間的細胞群中。

應激和氟西汀治療后神經元和神經膠質細胞群的轉錄變化
       接下來，研究者通過基因本體論(GO)分析，在個體膠質和神經元細胞群體水平上分析了應激影響氟西汀正�；�基因的動態(tài)變化，發(fā)現在抗抑郁藥物的早期反應中，神經膠質和神經元群體都參與了。少突膠質細胞前體(OPC)細胞在治療第7天也有顯著差異表達。最后，在治療第10天，多個神經元群體、表達小清蛋白(PV)的中間神經元、星形膠質細胞和成熟少突膠質細胞的基因表達發(fā)生變化。成熟少突膠質細胞僅在治療第10天發(fā)生變化。與多個神經元群體的改變同時發(fā)生。這些觀察表明，神經膠質和神經元群體對氟西汀治療有高度組織性的反應。

     
     為了進一步描述細胞類型的特定功能，研究者確定了神經膠質和神經元群體中調節(jié)應激影響氟西汀調節(jié)基因的上游調節(jié)因子，并確定了群特異性的潛在調節(jié)因子，如TCF7L2、RxRB、VEGF、BDNF和FGF2，這些分子此前已被證明在嚙齒動物模型的應激反應、抑郁樣行為和抗抑郁反應的調節(jié)中發(fā)揮核心作用。這些分子在神經元可塑性和重塑通路中有已知的功能，證實了長期的神經元適應需要一定的時間。總的來說，這些結果支持了一種可能性，即神經膠質細胞的早期變化支持了晚期神經元適應，有助于改善行為。


代表氟西汀反應的分子標記
       接下來，研究者確定膠質細胞功能是否支持導致抗抑郁反應的晚期神經元適應。研究者選擇了時間標記來跟蹤氟西汀反應的時間過程。之前已經確定S100a10（p11蛋白）是一種受應激影響的重要分子，對抗抑郁反應至關重要。因此，研究者分析了S100a10調節(jié)對氟西汀治療的動態(tài)響應。有趣的是，研究者發(fā)現S100a10的轉錄在時間上受到調控，僅在治療的后期即9到14天之間受到刺激，這與觀察到的行為改善的時間線更接近。因此，可以使用S100a10轉錄作為晚期反應階段的代表，并通過控制S100a10的轉錄因子，來確定延遲反應的原因。已知p11容易被生長因子誘導，因此，研究者應用潛在的生長因子在小鼠原代混合皮層培養(yǎng)物中刺激S100a10轉錄，這是一種廣泛用于研究神經元生理特性的模型系統。在受試因子中，研究者觀察到BDNF和FGF2（3倍）對S100a10轉錄的強烈快速誘導（刺激后2h內），以及EGF（1.2倍）的小誘導。此前，已有研究人員報道過FGF2-和BDNF信號通路在情緒調節(jié)中的重要作用，以及它們提供抗抑郁藥物反應的需求和充分性。此外，在MDD患者中觀察到這兩種因子水平降低的相關性，并在應激和抑郁動物模型中觀察到它們的下調。因此，研究者的發(fā)現和文獻先例使研究者選擇FGF2、BDNF和S100a10表達作為時間標記物來代表氟西汀反應的時間過程。

血清素調節(jié)神經元和神經膠質細胞中FGF2、BDNF和S100a10的表達
       為了定位哪一種膠質和神經細胞類型刺激了慢性血清素治療后的FGF2、BDNF和S100a10的表達，研究者使用ACD公司的RNAscope多重熒光試劑盒v2 ( Cat #。323100)進行RNAscope多重熒光實驗進行熒光原位雜交檢測(FISH)。為了在單細胞水平檢測單分子RNA靶標，同時用FGF2、BDNF和S100a10 mRNA的RNA探針標記混合培養(yǎng)，并將它們與細胞類型特異性RNA探針配對，以標記神經元和膠質細胞的亞型。用Akoya Biosciences公司的Opal 520、570、620和690試劑盒，在40℃條件下進行1h的酪氨酸信號放大反應，用共焦顯微鏡成像觀察。
       研究者發(fā)現，慢性血清素治療在第7天刺激了星形膠質細胞中的FGF2 mRNA;在第10 ~ 14天神經元BDNF mRNA表達和S100a10 mRNA表達有變化。值得注意的是，表達BDNF的神經元與表達S100a10的神經元不同。

FGF2和BDNF信號之間的神經元-神經膠質依賴的交叉交流
       為了了解神經元-膠質細胞依賴的BDNF合成調控，研究者分析了混合培養(yǎng)和神經元培養(yǎng)中FGF2和BDNF依賴的S100a10轉錄調控。研究者發(fā)現FGF2僅在混合培養(yǎng)中誘導S100a10的轉錄，而BDNF在混合培養(yǎng)和神經元培養(yǎng)中均誘導S100a10的轉錄。這些結果表明，上游FGF2信號轉導可能與需要神經膠質細胞信號轉導的BDNF合成有關。接下來，研究者分析了FGF2和BDNF信號轉導之間的相互作用，并觀察到一種強烈的正向自動反饋調節(jié)。在混合培養(yǎng)和神經元培養(yǎng)中，應用FGF2可刺激FGF2 mRNA，而應用BDNF可刺激BDNF mRNA。有趣的是,研究者觀察到一個強大的互惠交叉調節(jié), FGF2僅在混合培養(yǎng)中刺激BDNF mRNA，而在神經元培養(yǎng)中沒有。這些結果表明，依賴于fgf2的S100a10表達的刺激是通過激活BDNF-TrkB信號，需要神經元與神經膠質細胞的相互作用。因此，研究者抑制了TrkB受體的激活，并證明在混合培養(yǎng)中，S100a10轉錄的fgf2依賴刺激是通過激活TrkB信號來實現的。正如預期的那樣，在混合培養(yǎng)和神經元培養(yǎng)中，抑制FGFR1受體(主要與FGF2結合)后，S100a10的FGF2刺激被下調，而抑制TrkB受體激活后，S100a10的BDNF刺激被下調。這些結果表明，FGF2僅通過依賴神經膠質細胞的方式調控BDNF合成，以及隨后激活神經元中的BDNF - trkb信號通路來刺激S100a10的表達。
       研究者的結果表明，關鍵情緒調節(jié)分子的刺激是在一個復雜的神經膠質細胞多細胞回路中進行時間調節(jié)的。
      
       研究者建立了一個復雜的神經元-膠質細胞功能網絡開始慢性氟西汀/慢性血清素治療啟動反應。這個網絡涉及到星形膠質細胞中FGF2信號的順序激活，它直接以神經元-膠質細胞依賴的方式調節(jié)BDNF的合成，隨后BDNF - trkb信號的激活促進了神經元的適應(通過S100a10等基因表達的改變)，這最終可能導致體內情緒的改善。因此，這項研究確定了在理解抗抑郁藥延遲作用機制中所缺少的關鍵步驟。

      小結

      研究者發(fā)現，FGF2和BDNF信號的神經信號通路緊密控制著復雜的神經膠質細胞回路的功能，從而引發(fā)抗抑郁反應。研究者推測，只有通過激活神經信號通路，重新設置被破壞的神經膠質細胞回路，抗抑郁反應才可能持續(xù)。研究者的體外模型系統為新型抗抑郁藥物的測試提供了一個可行的途徑。進一步刻畫神經膠質細胞在應激和抗抑郁反應中相互作用的關鍵作用，不僅將拓展研究人員對大腦穩(wěn)態(tài)和修復控制機制的理解，而且還揭示了復雜行為調控的關鍵特征。此項研究為應激性抑郁的病理生理學和抗抑郁藥物的作用機制提供了更深入的見解。

參考文章：https://doi.org/10.1101/2021.07.23.453443