重度抑郁癥 (MDD)發(fā)病率在全球范圍內呈逐年增加趨勢,臨床癥狀包括快感缺乏并伴有缺乏動力、情緒低落、食欲改變、睡眠問題、認知挑戰(zhàn)等癥狀以及自殺的可能性增加。世衛(wèi)組織、世界銀行和哈佛的一項聯(lián)合研究表明,抑郁癥已經成為中國疾病負擔的第二大病。
當前,三環(huán)類抗抑郁藥、選擇性五羥色胺再攝取抑制劑和去甲腎上腺素再攝取抑制劑等藥物,已在MDD的臨床治療中得到廣泛應用。然而,部分患者的治療效果并不理想。因缺乏客觀診斷依據,且常與慢性病和其他情緒障礙相關,MDD在臨床上難預防和診斷。目前其病理機制和藥物治療影響的潛在機制不明,診斷和治療方法有限。MDD常見的病理機制包括:HPA軸功能障礙假說、單胺假說、炎癥假說、遺傳和表觀遺傳異常假說、大腦結構和功能重塑假說等。
圖1 重度抑郁癥發(fā)病機制的假說示意圖 實驗動物模型及其跨物種轉譯到人類,對于理解壓力相關精神障礙的發(fā)病機制至關重要。斑馬魚作為一種重要的模式生物,不僅具有與人類高度保守的大腦組織區(qū)域,且具有豐富的社會學行為,已成為研究精神疾病和藥物研發(fā)的重要工具。 接下來,就MDD的發(fā)病機制、治療藥物以及相關臨床試驗等方面的最新研究進展以及斑馬魚模型在其中的應用進行一個介紹。 壓力和重度抑郁癥密切相關,有壓力的生活事件往往會導致抑郁發(fā)作。壓力激活下丘腦中軸會引起認知和情緒的變化。HPA活動的增加是抑郁癥患者最常見的神經生物學變化之一。研究表明,導致下丘腦-垂體活性升高的主要因素是促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)的分泌增加。體腎上腺促腎上腺皮質激素(ACTH)在CRH的作用下釋放,進而觸發(fā)腎上腺皮質釋放糖皮質激素(GCs)。此外,斑馬魚的下丘腦-垂體間質(HPI)和人類的下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸一樣,使用皮質醇作為主要應激激素。 傳統(tǒng)的單胺理論認為,除了常見的致病因素外,5-羥色胺(5-HT)、多巴胺(DA)、去甲腎上腺素(NE)等單胺類神經遞質缺乏是臨床抑郁癥的根本原因。選擇性血清素再攝取抑制劑(SSRIs)是一種已被證明可以成功治療臨床抑郁癥的抗抑郁藥物,正是針對這一假設而開發(fā)的,這一假設主要是基于偶然發(fā)現(xiàn)的具有抗抑郁作用的藥物的藥理機制。 斑馬魚神經系統(tǒng)具有神經遞質,例如多巴胺、5-羥色胺、乙酰膽堿等,是進行神經系統(tǒng)研究的良好模型。2019年,馮喜增等用利血平誘導斑馬魚抑郁樣行為,探討文拉法辛聯(lián)合褪黑素對利血平誘導的抑郁樣斑馬魚的影響。研究采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)檢測斑馬魚腦內血清素(5-HT)、多巴胺(DA)和去甲腎上腺素(NA)水平,并采用qRT-PCR檢測血清素轉運體a (serta)、多巴胺轉運體(dat)和去甲腎上腺素轉運體(net)、囊泡單胺轉運體2 (vmat2)和單胺氧化酶(mao)基因表達。結果表明文拉法辛聯(lián)合褪黑素對斑馬魚抑郁癥狀的治療效果更明顯。 圖2 藥物對利血平誘導的抑郁樣行為的保護作用 炎癥假說認為MDD伴有促炎細胞因子和營養(yǎng)因子水平的變化,包括BDNF、白細胞介素(IL-1β、IL-6)和腫瘤壞死因子α(TNF-α),活性氧、炎癥細胞因子和炎癥小體激活可誘導神經炎癥并促進MDD的發(fā)生。由于大腦的抗氧化防御能力較弱,耗氧率高,因此特別容易受到氧化應激 (OS)的影響。 小膠質細胞中的炎癥小體可以被ROS激活,從而產生炎性細胞因子,包括TNF-α、IL-1β和IFN-γ。星形膠質細胞可以保護附近的神經元免受有毒劑量的NO,H2O2,以及超氧陰離子與NO、鐵或6-羥基多巴胺在共培養(yǎng)系統(tǒng)中的結合,神經元依靠星形膠質細胞強大的抗氧化能力防護OS所導致的損傷。 綜上所述,解釋MDD發(fā)病機制的假說眾多,相關研究也如火如荼,但僅采用上述一種假說仍難以完全揭示MDD的病理機制。神經和精神疾病神經生物學中的一些關鍵科學問題仍不清楚,如如何識別情緒障礙的病理特征變化,病理狀態(tài)下腦代謝廢物如何代謝,如何觀察MDD患者神經細胞的即時相互作用和胞內細胞器的實時變化。在病理條件下,從全身綜合協(xié)作的角度開展研究,增加新技術在研究中的應用比例,將為未來揭示MDD發(fā)病機制開辟新的途徑。 近年來,微生物群-腸-腦軸與MDD的發(fā)病機制逐漸成為相關研究熱點。據報道,應激刺激會影響腸道微生物群,進而誘導炎癥介質(主要是IL-6和IFN-γ)的產生和短鏈脂肪酸水平的降低。腸道微生物群和炎癥因子的改變會影響外周的 KYN 通路、新陳代謝和毒素代謝,并可能進一步通過血腦屏障進入大腦,增加了腦駐留細胞中細胞因子(如IL-1β和IL-6和NLRP3炎癥小體激活)的b表達水平,分別導致小膠質細胞和星形膠質細胞激活和抑制。 斑馬魚腸道結構也與人類較為相似,分為上皮層、黏膜層、肌肉層和漿膜層,具有生物屏障、黏液屏障和上皮屏障。有研究表明,斑馬魚焦慮/抑郁行為與腸-腦途徑密切相關。2023年,馬陽光等從高級神經系統(tǒng)途徑、神經內分泌途徑、免疫途徑、腸道菌群代謝途徑和氧化應激途徑探討了抗生素引起斑馬魚焦慮/抑郁樣行為變化與“腸-腦”途徑作用的關聯(lián)機制。綜上,越來越多的研究闡明了導致抑郁癥易感性的腸道微生物-大腦信號轉導機制。 圖3 抗生素通過腸道菌群改變引起斑馬魚的焦慮/抑郁樣行為 此外,既往研究表明,MDD患者的慢性肝病患病率和發(fā)病率遠高于一般人群。肝硬化患者抑郁癥的發(fā)病率很高。已知肝臟參與體內的炎癥和免疫反應,慢性炎癥和免疫系統(tǒng)的失調與MDD的發(fā)生發(fā)展相關。肝臟中環(huán)氧二十碳三烯酸(EET)信號傳導中的關鍵酶是環(huán)氧化物水解酶(sEH)。相關研究發(fā)現(xiàn),慢性應激選擇性地加劇sEH誘導的肝臟抑郁相關變化,同時顯著降低血漿14,15-EET的水平。 張力等學者闡明了肝腦機制在焦慮障礙的作用,甲基供體的肝臟生物合成在運動訓練中增強,導致大腦m6A上調,激活皮層環(huán)路,從而賦予應激彈性。目前仍需要大量的研究來深入解析肝腦機制與MDD之間的關系,并且開發(fā)基于肝腦分子機制的相關治療策略。 圖4 MDD發(fā)病機制 通過測序或大數據分析等方法找到抑郁相關易感基因,然后利用基因編輯手段構建斑馬魚抑郁模型,從而可以達到研究疾病背后深層次機制的目的。此外,利用藥物誘導斑馬魚抑郁模型也是比較常見的方式。利血平是一種囊泡性單胺轉運體(VMAT)抑制劑,通過阻斷VMAT而產生病理作用。長期使用這類藥物會導致抑郁癥。利血平是目前最常用的構建斑馬魚抑郁癥模型的方法之一,所構模型也可以用于抗抑郁癥新藥的篩選。 此外,慢性不可預測應激(CUS)也是一種廣泛使用的抑郁實驗模型,主要用于研究慢性壓力對大腦的影響。實驗中采用禁食、驅逐應激、密集擁擠、社交隔離等應激源建立抑郁斑馬魚模型,后續(xù)可通過行為學測定以及單胺神經遞質含量分析,對模型的可行性和有效性進行評價。 評價指標HPA軸功能障礙假說
神經遞質和受體假說
炎癥假說
新研究進展
斑馬魚抑郁模型構建方法
病理切片:觀測斑馬魚腦區(qū)神經元或電生理變化
行為檢測:評估斑馬魚的焦慮程度與探索欲望(自主行為實驗、曠場實驗、新魚缸實驗、明暗場實驗、感官刺激實驗等)
ELISA:單胺類神經遞質檢測(血清素5-HT、多巴胺DA、單胺氧化酶MAO)
qRT-PCR:多巴胺神經發(fā)育相關基因表達(manf、otpa、oypb、wnt1、wnt3a、wnt5a)、神經調控相關基因表達(mao、pomc、bdnf、hcrt、nf-κb、 pparγ)
圖5 開放曠場實驗和時間示意圖 圖6 藥物對斑馬魚在新環(huán)境測試中行為的影響 圖7 藥物對斑馬魚在明暗箱測試中行為的影響 圖8 藥物對斑馬魚大腦單胺神經遞質的影響 近年來,眾多研究者在MDD領域的研究取得了較大突破,尤其在多器官相互作用、多靶點調節(jié)策略和非藥物預防措施等方面,并啟動了相關臨床試驗。然而,MDD 的治療和病理機制仍有待全面解析,從而為臨床預防、診斷和治療提供更有力的科學依據。 木芮生物具有完善的斑馬魚實驗平臺,并建立起了上百種的臨床疾病模型,利用遺傳、行為、細胞、生化分子等實驗技術,深入探索疾病發(fā)生的機制,進而為臨床治療疾病提供可行的治療方案或藥物篩選機制。我們依托成熟的科研技術,可以為廣大客戶提供基礎科研、毒理測試、藥物篩選等服務,助力生物醫(yī)學領域發(fā)展。 參考文獻 [1]Cui L, Li S, Wang S, Wu X, Liu Y, Yu W, Wang Y, Tang Y, Xia M, Li B. Major depressive disorder: hypothesis, mechanism, prevention and treatment. Signal Transduct Target Ther. 2024 Feb 9;9(1):30. doi: 10.1038/s41392-024-01738-y. PMID: 38331979; PMCID: PMC10853571. [2]Tang YQ, Li ZR, Zhang SZ, Mi P, Chen DY, Feng XZ. Venlafaxine plus melatonin ameliorate reserpine-induced depression-like behavior in zebrafish. Neurotoxicol Teratol. 2019 Nov-Dec;76:106835. doi: 10.1016/j.ntt.2019.106835. Epub 2019 Sep 10. PMID: 31518687. [3]馬陽光,康威,趙可欣,等.環(huán)境濃度抗生素引起斑馬魚焦慮/抑郁樣行為與“腸-腦”途徑關聯(lián)的研究進展[J].生態(tài)毒理學報,2023,18(05):36-55. [4]關開宇.利血平誘導的斑馬魚抑郁癥模型構建[C]//浙江省醫(yī)學會精神病學分會,浙江省醫(yī)師協(xié)會精神科醫(yī)師分會.2019第四屆之江精神醫(yī)學交流會、浙江省醫(yī)學會精神病學學術大會、浙江省醫(yī)師協(xié)會精神科醫(yī)師分會第十二屆年會論文匯編.溫州醫(yī)科大學附屬康寧醫(yī)院;,2019:6.DOI:10.26914/c.cnkihy.2019.104179. [5]郭夢杰,劉云,吳志強等.南極磷蝦油對利血平誘導的斑馬魚抑郁模型的改善作用[J].食品與機械,2023,39(07):152-156+171.DOI:10.13652/j.spjx.1003.5788.2022.81050.