METH是一種被廣泛濫用的興奮劑藥物，其具有強(qiáng)烈的成癮性，并且大劑量或長(zhǎng)期使用METH會(huì)誘發(fā)精神障礙(MIP)。MIP表現(xiàn)出與精神分裂癥(SCZ)相似的癥狀，包括多動(dòng)、躁動(dòng)及認(rèn)知缺陷等，盡管SCZ和MIP有相似之處，但MIP的發(fā)病機(jī)制與SCZ不同，目前人們對(duì)其發(fā)病機(jī)制還知之甚少。雖然Notch1信號(hào)通路已被證明在一些精神疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用，但其在MIP中的作用仍不清楚。

2022年6月22日，西安交通大學(xué)法醫(yī)學(xué)院陳騰教授、官方霖教授團(tuán)隊(duì)等在Molecular Psychiatry期刊上發(fā)表“Medialprefrontal cortex Notch1 signalling mediates methamphetamine-inducedpsychosis via Hes1-dependent suppression of GABAB1 receptor expression”的研究工作。這項(xiàng)研究揭示了mPFC神經(jīng)元Notch1信號(hào)通路在調(diào)控MIP中的重要作用，并提出了Notch1-Hes1-GABAB1途徑調(diào)控MIP的新機(jī)制。

圖1：論文圖

高度保守的Notch信號(hào)通路參與干細(xì)胞的發(fā)育及分化。Notch受體Notch1可以調(diào)節(jié)從無脊椎動(dòng)物到哺乳動(dòng)物大腦功能中的突觸可塑性和長(zhǎng)期記憶。而在MIP中突觸可塑性和記憶能力均受到影響，這意味著Notch1可能與MIP的神經(jīng)功能損傷有關(guān)。已有研究表明，Notch1失衡與多種精神疾病的發(fā)病機(jī)制相關(guān)，如SCZ、抑郁和焦慮。然而，Notch1通路是否以及如何參與MIP仍不清楚。在METH致敏后，小鼠mPFC、伏隔核(NAc)和海馬(Hip)中GABA轉(zhuǎn)運(yùn)體和受體的表達(dá)發(fā)生變化，而Notch1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與GABA轉(zhuǎn)運(yùn)體或受體存在關(guān)聯(lián)。因此，作者推測(cè)Notch1信號(hào)通過調(diào)控GABA能基因表達(dá)參與MIP神經(jīng)功能障礙。

01 首先，研究人員建立了METH小鼠模型（METH sensitized），并對(duì)其進(jìn)行了曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其表型。結(jié)果顯示METH小鼠具有顯著的焦慮樣表型。然后作者評(píng)估了與精神病相關(guān)的mPFC、NAc和海馬腦區(qū)的Notch1信號(hào)水平，其中僅有mPFC中Notch1、Jagged1、RBP-J和Hes1信號(hào)相關(guān)的mRNA水平下降，而NAc、海馬中則沒有變化。因此，作者選擇mPFC作為目標(biāo)腦區(qū)。隨后作者建立SCZ小鼠模型，并對(duì)其進(jìn)行了行為學(xué)測(cè)試。結(jié)果顯示：SCZ小鼠在曠場(chǎng)中活動(dòng)能力增強(qiáng)而在中 央停留時(shí)間減少，高架迷宮（EPM）中進(jìn)入開放臂的次數(shù)減少，社交測(cè)試(SIT)中社交時(shí)間減少，懸尾測(cè)試(TST)中靜止時(shí)間增加，新物體識(shí)別測(cè)試(NOR)中認(rèn)知得分減少。這些表型確實(shí)與METH致敏小鼠類似，然而在SCZ小鼠mPFC中，Notch1信號(hào)相關(guān)的mRNA水平未發(fā)生顯著變化。
 

圖2：Notch1信號(hào)通路在METH致敏小鼠mPFC中特異性下調(diào)
 

02 在接下來的研究中，研究人員使用Notch1信號(hào)通路抑 制劑DAPT注射到小鼠mPFC中，發(fā)現(xiàn)DAPT緩解了METH小鼠的焦慮樣癥狀。下調(diào)mPFC神經(jīng)元Notch1胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（NICD）還可以緩解METH的相關(guān)行為學(xué)障礙——認(rèn)知障礙，抑郁及焦慮表型，并增加其在社交測(cè)試中的社交時(shí)間。而使用syn-NICD-shRNA和syn-NICD-OE分別抑 制和增強(qiáng)mPFC神經(jīng)元胞內(nèi)Notch1信號(hào)通路的活動(dòng)可以分別緩解和加劇METH小鼠的焦慮樣癥狀。
 

圖3：mPFC中Notch1信號(hào)的差異化表達(dá)能夠調(diào)節(jié)MIP行為
 

03 mPFC神經(jīng)元活性的失調(diào)是引起MIP的關(guān)鍵因素。為了驗(yàn)證在METH誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)缺陷中，mPFC神經(jīng)元活性是否與Notch1信號(hào)有關(guān)，課題組使用shRNA下調(diào)了mPFC神經(jīng)元NICD表達(dá)水平，并使用光纖記錄技術(shù)（瑞沃德光纖記錄系統(tǒng)）同步記錄mPFC神經(jīng)元的鈣信號(hào)：結(jié)果顯示第1天急性METH給藥后鈣信號(hào)顯著下降，而在第23天給藥后其鈣信號(hào)顯著下降后短時(shí)間內(nèi)又恢復(fù)正常，同時(shí)與給藥前信號(hào)相比顯著降低。而當(dāng)給予生理鹽水，急性期及激發(fā)期不同組信號(hào)均未見明顯變化。
 

圖4：mPFC中NICD的下調(diào)可以減弱致敏小鼠的神經(jīng)元活性

04  METH誘發(fā)運(yùn)動(dòng)致敏的動(dòng)物模型伴有抑 制性神經(jīng)遞質(zhì)（GABA等）和興奮性神經(jīng)遞質(zhì)（谷氨酸等）的失調(diào)，同時(shí)Notch1信號(hào)與GABA受體和轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白表達(dá)相關(guān)。為了驗(yàn)證GABA能系統(tǒng)與Notch1信號(hào)調(diào)節(jié)METH致敏機(jī)制相關(guān)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：METH小鼠mPFC中GABA受體和轉(zhuǎn)運(yùn)體的mRNA表達(dá)水平下降，而與急性METH組相比，間歇給藥組組GABAAß1、GABAB1和GAT1的mRNA水平顯著上調(diào)。此外，增強(qiáng)或減弱Notch1信號(hào)可分別下調(diào)和上調(diào)GABAB1受體和轉(zhuǎn)運(yùn)體的mRNA表達(dá)水平。此外，免疫熒光雙染檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Notch1與GABAB1受體在mPFC細(xì)胞中的共表達(dá)，表明mPFC中Notch1可能負(fù)向調(diào)控GABAB1受體的表達(dá)。
 

圖5：mPFC中Notch1信號(hào)負(fù)調(diào)控GABAB1受體的表達(dá)

05 Hes1是Notch1信號(hào)的下游轉(zhuǎn)錄抑 制因子，在神經(jīng)元中表達(dá)并控制GABA能分化。當(dāng)增強(qiáng)或減弱Notch1信號(hào)可分別上調(diào)和下調(diào)Hes1表達(dá)水平，而GABAB1受體水平變化則相反。JASPAR數(shù)據(jù)庫的結(jié)果也預(yù)測(cè)了Hes1在GABAB1啟動(dòng)子上具有3個(gè)潛在結(jié)合位點(diǎn)。另外ChIP-qPCR結(jié)果顯示，在GABAB1受體啟動(dòng)子的特異性結(jié)合位點(diǎn)(引物3)，Hes1明顯富集。

圖6：Notch1信號(hào)通過Hes1直接調(diào)節(jié)GABAB1受體的表達(dá)

06 最 后，研究人員同時(shí)調(diào)控小鼠mPFC中Notch1和GABAB受體的活性，并測(cè)試METH致敏行為。通過phaclofen和baclofen分別抑 制和興奮GABAB受體，可以逆轉(zhuǎn)syn-NICD-shRNA和syn-NICD-OE對(duì)METH敏化小鼠的行為學(xué)改變。而syn-NICD-shRNA和syn-NICD-OE組中GABAB2受體表達(dá)沒有變化。
 

圖7：Notch1信號(hào)通過GABAB1受體調(diào)節(jié)METH誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)缺陷

總結(jié)

使用METH誘導(dǎo)的嚙齒動(dòng)物運(yùn)動(dòng)致敏模型，作者發(fā)現(xiàn)在致敏小鼠的內(nèi)側(cè)前額葉皮層(mPFC)中，Notch1信號(hào)下調(diào)。Notch1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通過調(diào)控mPFC的神經(jīng)元活動(dòng)并雙向改變METH誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)致敏和其他MIP行為。此外，Notch1信號(hào)通路通過Notch1信號(hào)通路中的轉(zhuǎn)錄抑 制因子Hes1負(fù)調(diào)控METH致敏小鼠mPFC中GABAB1受體的表達(dá)。同時(shí)，作者證明了Hes1可以直接結(jié)合GABAB1受體啟動(dòng)子，mPFC中GABAB受體的藥理學(xué)調(diào)節(jié)逆轉(zhuǎn)了由Notch1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能障礙引起的METH誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)致敏的變化。

研究人員的發(fā)現(xiàn)揭示了一個(gè)之前未被識(shí)別的Notch1-Hes1-GABAB1受體依賴機(jī)制，該機(jī)制涉及MIP中mPFC神經(jīng)元活動(dòng)和行為表型的調(diào)節(jié)，提出了Notch1信號(hào)傳導(dǎo)與MIP相關(guān)的神經(jīng)可塑性之間的重要關(guān)聯(lián)。這些發(fā)現(xiàn)將為MIP的研究提供機(jī)制見解，并促進(jìn)MIP新療法的開發(fā)。

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原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41380-022-01662-z.pdf