慢性壓力對(duì)大腦健康的影響詳解
1.簡(jiǎn)介
壓力是一種普遍存在的現(xiàn)象，可以給人類(lèi)日常生活帶來(lái)眾多的生理和心理變化。當(dāng)生物體遇到可能危及生命的情況時(shí)，它們會(huì)承受壓力。因此，這些生物體會(huì)啟動(dòng)各種生理過(guò)程，以維持生存和抵抗壓力的穩(wěn)態(tài)。盡管生物體能夠適應(yīng)壓力，但慢性壓力可能會(huì)對(duì)行為和神經(jīng)生物學(xué)功能產(chǎn)生有害影響。許多研究表明壓力與精神障礙之間存在關(guān)聯(lián)。因此，需要進(jìn)行研究來(lái)闡明壓力對(duì)大腦健康和壓力引起的精神疾病的影響。
慢性不可預(yù)測(cè)性壓力（CUS）于 1982 年首次提出，用于系統(tǒng)探索重度抑郁癥（MDD）的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，是最活躍和可變的動(dòng)物壓力模型之一。它的利用使得能夠檢查中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中壓力引起的神經(jīng)生物學(xué)改變，以及評(píng)估抗抑郁藥及其潛在候選藥物的藥理功效。 在本研究中，我們建立了一個(gè)新的包含外源性皮質(zhì)酮暴露（CUS+C）的CUS模型，并用它來(lái)研究壓力和外源性皮質(zhì)酮共同暴露對(duì)大腦的影響。
2.材料和方法
使用成年雄性小鼠，并讓小鼠在飼養(yǎng)設(shè)施中適應(yīng)環(huán)境2周，然后承受壓力。評(píng)估七個(gè)小鼠身體區(qū)域（頭部、頸部、背部、腹部、前爪、后爪和尾巴）的皮毛狀態(tài)。另外，進(jìn)行不含BrdU染色和BrdU染色分析，以及進(jìn)行腦組織樣本的總蛋白質(zhì)含量評(píng)估。并且，還有行為學(xué)分析，包括拼圖盒測(cè)試、旋轉(zhuǎn)測(cè)試、懸尾測(cè)試、強(qiáng)迫游泳測(cè)試、新物體識(shí)別等行為分析。本研究中使用相機(jī)對(duì)懸尾測(cè)試、強(qiáng)迫游泳測(cè)試、新物體識(shí)別拍攝并獲得視頻，使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)對(duì)視頻進(jìn)行相應(yīng)分析。
動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)是一款應(yīng)用廣泛的視頻跟蹤軟件，可以跟蹤和分析任何動(dòng)物的行為，運(yùn)動(dòng)軌跡和活動(dòng)。系統(tǒng)提供大量參數(shù)，幫助您對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析，包括行進(jìn)距離、在某個(gè)區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間（例如高架十字迷宮的開(kāi)放區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間，可用于衡量焦慮相關(guān)的反應(yīng)）、位置、路徑形狀以及更多相關(guān)參數(shù)。您可以通過(guò)多種方法將結(jié)果可視化呈現(xiàn)，例如圖表、圖形、軌跡熱像圖等。
3.結(jié)果
3.1. CUS+C引起成年小鼠身體和大腦重量以及皮毛狀態(tài)的變化
在本研究中，我們首先評(píng)估了 CUS+C 模型引起的小鼠身體狀況的變化。我們觀察到與對(duì)照組相比，CUS+C 組的體重顯著下降（圖 1A、B）。我們還觀察到CUS+C組的腦重量明顯小于對(duì)照組（圖 1C、D）。此外，CUS+C組表現(xiàn)出不規(guī)則且不受調(diào)節(jié)的皮毛狀態(tài)，其得分顯著高于對(duì)照組（圖1E、F）。這些發(fā)現(xiàn)表明，CUS+C模型對(duì)測(cè)試成年小鼠的身體和大腦生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，并抑制自我護(hù)理行為。
圖1
3.2. CUS+C引起成年小鼠抑郁樣行為和記憶功能障礙
通過(guò)強(qiáng)迫游泳和懸尾實(shí)驗(yàn)來(lái)確定CUS+C模型是否引起小鼠出現(xiàn)抑郁樣行為。 值得注意的是，強(qiáng)迫游泳測(cè)試顯示CUS+C組小鼠的不動(dòng)時(shí)間明顯高于對(duì)照組（圖 2A）。同樣，在尾部懸掛測(cè)試中，我們觀察到CUS+C小鼠的不動(dòng)時(shí)間明顯高于對(duì)照小鼠（圖 2B）。 這些結(jié)果表明，我們的CUS+C模型可能在成年小鼠中誘導(dǎo)抑郁樣行為。
為了分析每組小鼠的記憶功能，我們進(jìn)行了拼圖盒和旋轉(zhuǎn)棒測(cè)試，然后比較了各組小鼠的認(rèn)知靈活性和學(xué)習(xí)能力。我們的拼圖盒測(cè)試結(jié)果表明，CUS+C 組在T5、7、8和9時(shí)到達(dá)目標(biāo)框的延遲時(shí)間顯著高于對(duì)照組（圖 2C）。此外，在轉(zhuǎn)棒測(cè)試的所有試驗(yàn)中，觀察到 CUS+C小鼠從轉(zhuǎn)鼓上掉落的速度明顯快于對(duì)照小鼠（圖 2D）。此外，將小鼠暴露于兩個(gè)相同的物體10分鐘，6小時(shí)后，其中一個(gè)物體被新物體取代。然后讓小鼠再觀察這兩個(gè)物體10分鐘。對(duì)于對(duì)照組，觀察到與熟悉的物體相比，對(duì)新物體的探索時(shí)間和接近度更高。對(duì)于CUS+C組，兩個(gè)物體之間的探索時(shí)間和接近度沒(méi)有顯著差異（圖 2E-G）。這些結(jié)果表明，CUS+C模型對(duì)成年小鼠的認(rèn)知功能、記憶學(xué)習(xí)能力以及運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)功能產(chǎn)生負(fù)面影響。
圖2
3.3. CUS+C減少成年小鼠大腦中的成年海馬神經(jīng)發(fā)生
我們通過(guò)免疫熒光評(píng)估了CUS+C模型導(dǎo)致的海馬神經(jīng)發(fā)生的變化。CUS+C組小鼠齒狀回Ki-67陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量顯著低于對(duì)照組小鼠齒狀回（圖3A、B）。同樣，CUS+C 組齒狀回中BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量顯著低于對(duì)照組（圖 3A、C）。這些結(jié)果表明，我們的CUS+C模型對(duì)成年小鼠大腦海馬體的祖細(xì)胞產(chǎn)生負(fù)面影響。
3.4. CUS+C顯著減少成年小鼠大腦海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量
在這項(xiàng)研究中，我們比較了不同組小鼠皮質(zhì)區(qū)和海馬體中腦源性細(xì)胞（神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞）的密度。研究發(fā)現(xiàn)CUS+C小鼠海馬區(qū)的GFAP陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量顯著低于對(duì)照小鼠海馬區(qū)；在皮質(zhì)區(qū)域沒(méi)有觀察到這種差異（圖 4A-E 和圖S4A、B）。此外，與對(duì)照小鼠大腦中的水平相比，CUS+C小鼠大腦中的GFAP蛋白表達(dá)水平顯著降低（圖4F、G）。這些結(jié)果表明 CUS 模型引起成年小鼠大腦中海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞的丟失。
4.討論
慢性壓力是一個(gè)普遍而復(fù)雜的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致各種精神和身體健康障礙。我們開(kāi)發(fā)了一種新的 CUS+C模型，評(píng)估了這種新模型對(duì)大腦健康的影響。在這項(xiàng)研究中，CUS+C模型破壞了成年雄性小鼠正常的身體重量和大腦重量增加，并惡化了皮毛狀態(tài)和抑郁樣行為。這些結(jié)果表明，CUS+C模型對(duì)成年小鼠的身體狀況、大腦健康和自理能力產(chǎn)生負(fù)面影響。
抑郁癥和記憶力缺陷之間存在顯著關(guān)系。我們通過(guò)進(jìn)行各種行為測(cè)試來(lái)評(píng)估記憶功能，結(jié)果顯示，CUS+C會(huì)損害認(rèn)知、學(xué)習(xí)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)記憶。壓力引起的不良行為影響需要持續(xù)的壓力反應(yīng)，從而阻止動(dòng)物進(jìn)行調(diào)整。因此，將外源性皮質(zhì)酮暴露納入一般CUS模型可能有助于通過(guò)使小鼠保持一致的壓力反應(yīng)狀態(tài)來(lái)防止壓力適應(yīng)。
在齒狀回中，顆粒細(xì)胞神經(jīng)發(fā)生持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，從胚胎階段到成年期。齒狀回的成年神經(jīng)發(fā)生受到環(huán)境因素的高度調(diào)節(jié)，這意味著壓力事件可能會(huì)影響這一過(guò)程。據(jù)觀察，成人海馬體的神經(jīng)發(fā)生過(guò)程與認(rèn)知功能和記憶表現(xiàn)有關(guān)。暴露于早期生活壓力的成年大鼠也被證明表現(xiàn)出海馬神經(jīng)發(fā)生的減少和空間學(xué)習(xí)能力的惡化。我們的研究結(jié)果也表明，CUS+C模型對(duì)成人海馬神經(jīng)發(fā)生的抑制可能導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙和記憶障礙。
星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，表現(xiàn)出復(fù)雜且多方面的形態(tài)，具有原生質(zhì)和纖維亞型。在這項(xiàng)研究中，CUS+C模型中成年小鼠海馬區(qū)星形膠質(zhì)細(xì)胞丟失，但沒(méi)有引起神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞丟失。此外，CUS+C模型下調(diào)了小鼠大腦中GFAP（一種典型的星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物）的蛋白表達(dá)水平。對(duì)海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞作用的研究表明，海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞在記憶形成和維持中發(fā)揮著重要作用。綜上所述，我們的結(jié)果表明，CUS+C 模型導(dǎo)致的海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量下降可能會(huì)導(dǎo)致成年小鼠的記憶功能障礙。
5.結(jié)論
在這項(xiàng)研究中，我們的結(jié)果表明，將成年小鼠置于CUS+C模型中會(huì)導(dǎo)致身體重量和大腦生長(zhǎng)減弱、皮毛狀態(tài)退化和抑郁樣行為。此外，該模型的使用破壞了成年小鼠的學(xué)習(xí)記憶、運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)記憶和認(rèn)知能力，同時(shí)還抑制了海馬神經(jīng)發(fā)生和海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞的損失。這項(xiàng)研究揭示了不同壓力條件和外源性皮質(zhì)酮暴露對(duì)大腦健康的協(xié)同影響。
參考文獻(xiàn)
Shin H S, Lee S H, Moon H J, et al. Prolonged stress response induced by chronic stress and corticosterone exposure causes adult neurogenesis inhibition and astrocyte loss in mouse hippocampus[J]. Brain Research Bulletin, 2024: 110903.
壓力是一種普遍存在的現(xiàn)象，可以給人類(lèi)日常生活帶來(lái)眾多的生理和心理變化。當(dāng)生物體遇到可能危及生命的情況時(shí)，它們會(huì)承受壓力。因此，這些生物體會(huì)啟動(dòng)各種生理過(guò)程，以維持生存和抵抗壓力的穩(wěn)態(tài)。盡管生物體能夠適應(yīng)壓力，但慢性壓力可能會(huì)對(duì)行為和神經(jīng)生物學(xué)功能產(chǎn)生有害影響。許多研究表明壓力與精神障礙之間存在關(guān)聯(lián)。因此，需要進(jìn)行研究來(lái)闡明壓力對(duì)大腦健康和壓力引起的精神疾病的影響。
慢性不可預(yù)測(cè)性壓力（CUS）于 1982 年首次提出，用于系統(tǒng)探索重度抑郁癥（MDD）的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，是最活躍和可變的動(dòng)物壓力模型之一。它的利用使得能夠檢查中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中壓力引起的神經(jīng)生物學(xué)改變，以及評(píng)估抗抑郁藥及其潛在候選藥物的藥理功效。 在本研究中，我們建立了一個(gè)新的包含外源性皮質(zhì)酮暴露（CUS+C）的CUS模型，并用它來(lái)研究壓力和外源性皮質(zhì)酮共同暴露對(duì)大腦的影響。
2.材料和方法
使用成年雄性小鼠，并讓小鼠在飼養(yǎng)設(shè)施中適應(yīng)環(huán)境2周，然后承受壓力。評(píng)估七個(gè)小鼠身體區(qū)域（頭部、頸部、背部、腹部、前爪、后爪和尾巴）的皮毛狀態(tài)。另外，進(jìn)行不含BrdU染色和BrdU染色分析，以及進(jìn)行腦組織樣本的總蛋白質(zhì)含量評(píng)估。并且，還有行為學(xué)分析，包括拼圖盒測(cè)試、旋轉(zhuǎn)測(cè)試、懸尾測(cè)試、強(qiáng)迫游泳測(cè)試、新物體識(shí)別等行為分析。本研究中使用相機(jī)對(duì)懸尾測(cè)試、強(qiáng)迫游泳測(cè)試、新物體識(shí)別拍攝并獲得視頻，使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)對(duì)視頻進(jìn)行相應(yīng)分析。
動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)是一款應(yīng)用廣泛的視頻跟蹤軟件，可以跟蹤和分析任何動(dòng)物的行為，運(yùn)動(dòng)軌跡和活動(dòng)。系統(tǒng)提供大量參數(shù)，幫助您對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析，包括行進(jìn)距離、在某個(gè)區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間（例如高架十字迷宮的開(kāi)放區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間，可用于衡量焦慮相關(guān)的反應(yīng)）、位置、路徑形狀以及更多相關(guān)參數(shù)。您可以通過(guò)多種方法將結(jié)果可視化呈現(xiàn)，例如圖表、圖形、軌跡熱像圖等。
3.結(jié)果
3.1. CUS+C引起成年小鼠身體和大腦重量以及皮毛狀態(tài)的變化
在本研究中，我們首先評(píng)估了 CUS+C 模型引起的小鼠身體狀況的變化。我們觀察到與對(duì)照組相比，CUS+C 組的體重顯著下降（圖 1A、B）。我們還觀察到CUS+C組的腦重量明顯小于對(duì)照組（圖 1C、D）。此外，CUS+C組表現(xiàn)出不規(guī)則且不受調(diào)節(jié)的皮毛狀態(tài)，其得分顯著高于對(duì)照組（圖1E、F）。這些發(fā)現(xiàn)表明，CUS+C模型對(duì)測(cè)試成年小鼠的身體和大腦生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，并抑制自我護(hù)理行為。
圖1
3.2. CUS+C引起成年小鼠抑郁樣行為和記憶功能障礙
通過(guò)強(qiáng)迫游泳和懸尾實(shí)驗(yàn)來(lái)確定CUS+C模型是否引起小鼠出現(xiàn)抑郁樣行為。 值得注意的是，強(qiáng)迫游泳測(cè)試顯示CUS+C組小鼠的不動(dòng)時(shí)間明顯高于對(duì)照組（圖 2A）。同樣，在尾部懸掛測(cè)試中，我們觀察到CUS+C小鼠的不動(dòng)時(shí)間明顯高于對(duì)照小鼠（圖 2B）。 這些結(jié)果表明，我們的CUS+C模型可能在成年小鼠中誘導(dǎo)抑郁樣行為。
為了分析每組小鼠的記憶功能，我們進(jìn)行了拼圖盒和旋轉(zhuǎn)棒測(cè)試，然后比較了各組小鼠的認(rèn)知靈活性和學(xué)習(xí)能力。我們的拼圖盒測(cè)試結(jié)果表明，CUS+C 組在T5、7、8和9時(shí)到達(dá)目標(biāo)框的延遲時(shí)間顯著高于對(duì)照組（圖 2C）。此外，在轉(zhuǎn)棒測(cè)試的所有試驗(yàn)中，觀察到 CUS+C小鼠從轉(zhuǎn)鼓上掉落的速度明顯快于對(duì)照小鼠（圖 2D）。此外，將小鼠暴露于兩個(gè)相同的物體10分鐘，6小時(shí)后，其中一個(gè)物體被新物體取代。然后讓小鼠再觀察這兩個(gè)物體10分鐘。對(duì)于對(duì)照組，觀察到與熟悉的物體相比，對(duì)新物體的探索時(shí)間和接近度更高。對(duì)于CUS+C組，兩個(gè)物體之間的探索時(shí)間和接近度沒(méi)有顯著差異（圖 2E-G）。這些結(jié)果表明，CUS+C模型對(duì)成年小鼠的認(rèn)知功能、記憶學(xué)習(xí)能力以及運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)功能產(chǎn)生負(fù)面影響。
圖2
3.3. CUS+C減少成年小鼠大腦中的成年海馬神經(jīng)發(fā)生
我們通過(guò)免疫熒光評(píng)估了CUS+C模型導(dǎo)致的海馬神經(jīng)發(fā)生的變化。CUS+C組小鼠齒狀回Ki-67陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量顯著低于對(duì)照組小鼠齒狀回（圖3A、B）。同樣，CUS+C 組齒狀回中BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量顯著低于對(duì)照組（圖 3A、C）。這些結(jié)果表明，我們的CUS+C模型對(duì)成年小鼠大腦海馬體的祖細(xì)胞產(chǎn)生負(fù)面影響。
圖3
3.4. CUS+C顯著減少成年小鼠大腦海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量
在這項(xiàng)研究中，我們比較了不同組小鼠皮質(zhì)區(qū)和海馬體中腦源性細(xì)胞（神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞）的密度。研究發(fā)現(xiàn)CUS+C小鼠海馬區(qū)的GFAP陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量顯著低于對(duì)照小鼠海馬區(qū)；在皮質(zhì)區(qū)域沒(méi)有觀察到這種差異（圖 4A-E 和圖S4A、B）。此外，與對(duì)照小鼠大腦中的水平相比，CUS+C小鼠大腦中的GFAP蛋白表達(dá)水平顯著降低（圖4F、G）。這些結(jié)果表明 CUS 模型引起成年小鼠大腦中海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞的丟失。
圖4
4.討論
慢性壓力是一個(gè)普遍而復(fù)雜的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致各種精神和身體健康障礙。我們開(kāi)發(fā)了一種新的 CUS+C模型，評(píng)估了這種新模型對(duì)大腦健康的影響。在這項(xiàng)研究中，CUS+C模型破壞了成年雄性小鼠正常的身體重量和大腦重量增加，并惡化了皮毛狀態(tài)和抑郁樣行為。這些結(jié)果表明，CUS+C模型對(duì)成年小鼠的身體狀況、大腦健康和自理能力產(chǎn)生負(fù)面影響。
抑郁癥和記憶力缺陷之間存在顯著關(guān)系。我們通過(guò)進(jìn)行各種行為測(cè)試來(lái)評(píng)估記憶功能，結(jié)果顯示，CUS+C會(huì)損害認(rèn)知、學(xué)習(xí)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)記憶。壓力引起的不良行為影響需要持續(xù)的壓力反應(yīng)，從而阻止動(dòng)物進(jìn)行調(diào)整。因此，將外源性皮質(zhì)酮暴露納入一般CUS模型可能有助于通過(guò)使小鼠保持一致的壓力反應(yīng)狀態(tài)來(lái)防止壓力適應(yīng)。
在齒狀回中，顆粒細(xì)胞神經(jīng)發(fā)生持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，從胚胎階段到成年期。齒狀回的成年神經(jīng)發(fā)生受到環(huán)境因素的高度調(diào)節(jié)，這意味著壓力事件可能會(huì)影響這一過(guò)程。據(jù)觀察，成人海馬體的神經(jīng)發(fā)生過(guò)程與認(rèn)知功能和記憶表現(xiàn)有關(guān)。暴露于早期生活壓力的成年大鼠也被證明表現(xiàn)出海馬神經(jīng)發(fā)生的減少和空間學(xué)習(xí)能力的惡化。我們的研究結(jié)果也表明，CUS+C模型對(duì)成人海馬神經(jīng)發(fā)生的抑制可能導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙和記憶障礙。
星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，表現(xiàn)出復(fù)雜且多方面的形態(tài)，具有原生質(zhì)和纖維亞型。在這項(xiàng)研究中，CUS+C模型中成年小鼠海馬區(qū)星形膠質(zhì)細(xì)胞丟失，但沒(méi)有引起神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞丟失。此外，CUS+C模型下調(diào)了小鼠大腦中GFAP（一種典型的星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物）的蛋白表達(dá)水平。對(duì)海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞作用的研究表明，海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞在記憶形成和維持中發(fā)揮著重要作用。綜上所述，我們的結(jié)果表明，CUS+C 模型導(dǎo)致的海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量下降可能會(huì)導(dǎo)致成年小鼠的記憶功能障礙。
5.結(jié)論
在這項(xiàng)研究中，我們的結(jié)果表明，將成年小鼠置于CUS+C模型中會(huì)導(dǎo)致身體重量和大腦生長(zhǎng)減弱、皮毛狀態(tài)退化和抑郁樣行為。此外，該模型的使用破壞了成年小鼠的學(xué)習(xí)記憶、運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)記憶和認(rèn)知能力，同時(shí)還抑制了海馬神經(jīng)發(fā)生和海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞的損失。這項(xiàng)研究揭示了不同壓力條件和外源性皮質(zhì)酮暴露對(duì)大腦健康的協(xié)同影響。
參考文獻(xiàn)
Shin H S, Lee S H, Moon H J, et al. Prolonged stress response induced by chronic stress and corticosterone exposure causes adult neurogenesis inhibition and astrocyte loss in mouse hippocampus[J]. Brain Research Bulletin, 2024: 110903.
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