狭路相逢 “王者” 抑郁？ — Cell 机制大揭秘

2023-11-06 14:30:26, 小 M 上海皓元生物医药科技有限公司

科研党的 “996”，熬夜变 “三毛”，随着扑面而来的 “卷” 事业的压力，日常生活的琐碎烦忧，“躺平” 青年一路狂飙，披荆斩棘，终于拔得头筹，坐拥 “王者” 宝座，直到有一天……

在当代社会飞速发展模式下，每个人都在努力 “升级打怪”，然而，追求精致生活的同时，“抑郁” 也悄然来袭。轻度抑郁就像是场情绪感冒，时常让人悲伤绝望、焦虑、快感缺失以及 emo，重度抑郁人群甚至会反复出现自杀倾向[1][2]。很多人认为抑郁症是简单的负面情绪导致的，其实不然，抑郁症是一种复杂的心理疾病，有许多促成因素, (见往期推文：抑郁症：到底是谁让我们不快乐？)，其病因涉及神经、心理或社会环境等诸多方面。

Cell

杂志最新研究 Neural mechanism underlying depressive-like state associated with social status loss，以社会因素为突破点，发现社会地位的向下转变会诱发小鼠的抑郁样行为，并通过恢复社会地位改善了小鼠的抑郁状态，揭示了社会地位下降和抑郁之间的核心机制

(图 1)

[3]。

图 1. 与社会地位丧失相关的抑郁样状态的神经机制[3]

社会地位下降 -- 诱发“王者”抑郁

钻管测试是评估小鼠社会等级的常用实验 (即：两只小鼠分别从管口两端进入向前冲，如果 A 将 B 驱赶退出管口，A 拥有较高社会地位)，浙江大学胡海岚团队首先通过钻管测试对 4 只小鼠的社会地位进行了等级排名，依次排序为：Rank1＞Rank 2＞Rank 3＞Rank 4，Rank 1 小鼠最终克服 “千难万阻” 成为 "王者" (Dominate mice)。有研究表明，社会地位的丧失是抑郁症的重要危险因素[2]。为了研究社会地位下降与抑郁样行为之间的关系，团队人员在原有钻管测试的基础上，建立小鼠 “强迫失败” 范式 ("Forced loss" paradigm)，即通过人为地阻塞 Rank2、3、4 小鼠的管口，迫使 “王者” 小鼠战败,社会地位稳定地下降至最低 (图 2)。

图 2. “强迫失败”导致社会地位的稳定下降[3]

a.“强迫失败”(实验组)，“自然失败”(条件对照组) 及穿通管 (空白对照组) 模型示意图；b.“强迫失败”训练示例图；c. 小鼠在强迫失败训练前后的每日钻管测试统计图。

看着昔日的 “小弟” (subordinate mice) 日渐强大，而自己却 “一落千丈”，“王者” 小鼠的心理也逐渐发生了微妙的变化：其在温暖位置的占用时间显著降低，默默地将曾独属于自己的温暖宝地乖乖奉上 (温暖点试验中，在冰冷的地板上争夺一个温暖的位置，地位等级较高者在温暖位置的占用时间较长）(图 3)。同时，在被迫输掉与自己同笼的小鼠的比赛后，对其他笼子的小鼠的获胜率也显著下降。这说明 “强迫失败” 范式成功导致了社会地位的稳定下降，迫使 “王者” 小鼠在整个种群中处于弱势地位。

图 3.“强迫失败”导致 Rank 1“王者”小鼠处于弱势地位[3]

a. 温暖点试验示意图; b. 温暖点试验中在穿通管 (黑色) 和“强迫失败”(红色) 前后的占用时间。

此外，“强迫失败” 训练后的 “王者” 小鼠在其他小鼠的欺凌中也逐渐 “认怂” 并倾向于自我独处。随后，研究人员通过与抑郁症状相关的经典实验如强迫游泳实验(Forced swim test, FST) 和糖水偏好行为实验 (Sucrose preference test, SPT) 对小鼠进行评估 (图 4a)。发现内心受挫的 “王者” 小鼠更加倾向于不挣扎的静止 “摆烂” 状态，且对糖水无感，说明其产生了 “行为绝望” 及 “快感缺失” 的心理情绪，表现出明显的抑郁样状态 (图 4b-d)。

图 4.“强迫失败”诱导抑郁样行为[2-3]

a. 抑郁相关经典实验：强迫游泳实验 (FST), 糖水偏好实验 (SPT)[2]; b-d．在第 2 天 (b)，第 8 天和第 14 天 (d) 进行的强迫游泳实验 FST; 在第 7 天 (c) 进行糖水偏好行为实验 SPT. “强迫失败”(实验组)，“自然失败”(条件对照组) 及穿通管 (空白对照组) 训练后，在“强迫失败”组中由 Rank1 下降到 Rank3 和 Rank4 的个体分别用绿点和黑点表示[3]。

社会地位下降如何引发抑郁？

■ 负性 RPE 强烈激活外侧缰叶 (LHb)

“强迫失败” 为何能使 “王者” 一蹶不振？“强迫失败” 训练后的小鼠在情绪上究竟发生怎样的变化？面对 “强迫失败” 和自然失败训练产生的不同结果，该团队提出了自己的假设：被先前的劣势对手击败可能会导致负性的奖励预测误差 (Reward predication error, RPE) (代表获胜的预期与失败的现实之间的差异，有获胜的预测，无获胜的现实，预测与实际不一致，即 RPE 为负性[4])。

一个负性的 RPE 信号应该消极地强化行为，即直接行为远离相关刺激。于是研究人员对小鼠进行条件性位置厌恶测试 (Conditioned place avoidance Test，CPA) 发现，强迫失败” 训练后的小鼠在测试室中花费的时间明显减少，选择花更多的时间在备用室中度过，产生负 CPA 评分，说明 “王者” 小鼠消极地回避该状态，即这种 “强迫失败” 引起了 “王者” 小鼠产生厌恶情绪 (图 5)。

图 5. 小鼠条件回避测试 (CPA)[3]

a. 小鼠在穿通管 (空白对照组) 或“强迫失败”(条件对照组) 训练后进行条件回避测试 (CPA)，蓝色为测试室，红色为备用室; b. 小鼠在不同条件下进行 CPA 测试的探索时间的示例热图; c. CPA 测试的数据统计图。

由于外侧缰核 (Lateral habenula, LHb) 参与了厌恶情绪刺激的编码[5-9]，研究人员利用免疫组织化学 (IHC) 检测了外侧缰核中神经兴奋的标志物 — c-Fos 信号的变化。结果显示，经过 “强迫失败” 训练的 “王者” 小鼠的外侧缰核中的 c-Fos 绿色信号显著增多 (图 6)，说明 “强迫失败” 激活 “王者” 小鼠脑部 LHb 中的神经元。

图 6. “强迫失败”诱导 LHb 中的 c-Fos的激活[3]

a. 初始对照 (左)，经过 10 次自然失败(空白对照组)(中)和 “强迫失败”(条件对照组)(右) 训练后，LHb 中c-Fos 免疫组织化学信号的代表性图像。绿色，c-Fos；蓝色，Hoechst。b. LHb 中总 c-Fos+ 细胞的定量统计图。

随后，为了了解 “王者” 小鼠脑部 LHb 中的神经活动在 “强迫失败” 期间的动态变化，采用光纤示踪技术对其在 “强迫失败” 期间的钙活性的纤维光度进行记录 (图 7)。

图 7. 小鼠的活体光度测试[3]

a. 小鼠进行光纤示踪例图; b. 在“强迫失败”期间记录 LHb 神经元钙活性的纤维光度测定装置示意图。

结果发现小鼠脑部 LHb 中的神经元在三种时期 (“抵抗”、“被迫撤退” 和 “被赶出管”)出现兴奋，钙信号显示出明显波动。在 “抵抗” 和 “被迫撤退” 时期，脑部 LHb 中的钙信号在 “强迫失败” 的 “王者” 小鼠中更明显 (图 8)。这表明，“强迫失败” 诱导的负性 RPE 会强烈激活脑部 LHb 中的神经元。

图 8. 钙信号对比图[3]

a-c. 在第 1 天的“强迫失败”(红色阴影)，自然失败 (蓝色阴影) 或通过管 (灰色阴影) 期间，钙信号与“抵抗”(a),“被迫撤退”(b)和“被赶出管”(c) 相对应的的 δ F/ F比值的平均 PSTH 统计图。

此外，在自然失败和 “强迫失败” 期间监测 LHb 投射神经元中的钙信号发现，只有在外侧下丘脑 (lateral hypothalamus, LH) 中，脑部 LHb 中的神经元被 “强迫失败” 特异性激活 (图 9)。这表明负性 RPE 通过外侧下丘脑 (LH) 强烈激活外侧缰叶 (LHb)。

图 9. LH-LHb 通路在“强迫失败”和自然失败期间的光纤维测定[3]

a. LH (上)、内侧前额叶皮层 (Medial prefrontal cortex,mPFC) (下) 和 LHb 中的病毒注射部位和光纤放置示意图。b-d. 在“强迫失败”(红色阴影)，自然失败 (蓝色阴影) 或通过管 (灰色阴影) 期间，LH (上) 和 mPFC (下) 中钙信号与“抵抗”(b),“被迫撤退”(c) 和“被赶出管”(d) 相对应的的 δ F/ F 比值的平均 PSTH 统计图。

此外，该团队还发现 “强迫失败” 可诱导脑部 LHb 的激活和爆发，并进一步证实了在 “强迫失败” 过程中抑制脑部 LHb 或 LH-LHb 可防止诱导抑郁样行为。

■ 活跃的 LHb 抑制 mPFC 的神经活动

有研究发现背内侧前额叶皮层 (dmPFC) 在控制社会竞争中起关键作用，其较高的活性有利于获胜[10]。因此，研究人员进一步探索了 LH-LHb 激活对 dmPFC 神经网络活动的影响。在光遗传诱导的 LHb 激活过程中， 48.9% 的 mPFC-pPYR 神经元被抑制 (蓝色阴影)，而 42.8% 的 mPFC-pINs 被兴奋 (红色阴影)，整体 pPYR 活性下降 (评分为负) (图 10)。结果表明，LHb 激活抑制内侧前额叶皮层 mPFC 的神经活动。

图 10. LHb 激活对 dmPFC 神经网络活动的影响[3]

所有神经元的 Z 评分 PSTH，包括锥体神经元 (pPYRs，上) 和中间神经元 (pINs，中)，在 60 秒光诱导期间按 Z 评分升序排列，所有 pPYR 单元 Z 分数的平均 PSTH (下)。

“王者”归来 – 改善抑郁

倘若 “王者” 小鼠的抑郁状态是由于社会地位的丧失而引起的，那么这种抑郁状态是否可以通过恢复社会地位而逆转? 由于激活 dmPFC 可诱导即时获胜并提高社会地位[11-12]。该团队通过光遗传学在试管测试中激活 dmPFC (将表达 CaMKII-hChR2 (H134R)-mCherry 的 AAV 病毒注射到 rank1 小鼠的 dmPFC 中，并将光纤植入注射部位上方) 来诱导重复获胜，以恢复地位下降的小鼠的社会地位。

结果发现，恢复优势地位的 “王者” 小鼠在 FST 和 SPT 实验中，其 “摆烂” 不动状态的时间减少且倾向于去喝蔗糖溶液，表明抑郁程度减轻 (图 11a)。但是对于另一组被 “强迫失败” 的小鼠，这些小鼠在钻管测试过程中接受了相同的光刺激激活 dmPFC 但不诱导其获胜，结果发现它们的排名仍然位于底部，且抑郁样行为并未得到缓解 (图11b)。这表明激活 dmPFC 本身不足以产生抗抑郁作用，优势地位的恢复是抑郁样行为得到缓解的关键因素。该发现为主要社会心理因素引起的抑郁症的潜在行为干预和治疗提供了概念基础。

图 11. 激活 mPFC 重新获得社会地位可以迅速改善抑郁样行为[3]

(a-b) 表达 mCherry-(对照组) 和 ChR2-(“强迫失败”实验组) 且在钻管试验中诱导获胜的小鼠 (a) 或仅在笼子中 dmPFC 光刺激后的小鼠 (b) 的抑郁样行为。

■ 总结

我们常会看到富人破产后走向自杀的报道，一夜之间失去了往日的优势地位，感觉自己走投无路，最终抑郁选择结束自己的生命。所谓 “由俭入奢易，由奢入俭难”。该研究通过人为降低小鼠的社会地位，诱导其产生抑郁样行为，并通过重新获得社会地位来改善抑郁。揭示了社会地位丧失与抑郁之间的闭合环路，从而确立了抑郁症的相关病理。

小小加油站：

光纤示踪技术：使用带有 CaMKIIa 启动子的腺相关病毒 (AAV) 在 Rank1 小鼠的 LHb 中表达钙指示物 GCaMP6s，并在 LHb 上方安装了光纤，以便在“强迫失败”期间进行活体光度记录。