《Frontiers in Molecular Neuroscience》：Depressive phenotype shapes behavioral, neuroendocrine and molecular responses to repetitive transcranial magnetic stimulation in preclinical models of depression
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摘要
引言： 重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）是治疗难治性抑郁症（treatment-resistant depression，TRD）的成熟非侵入性疗法，但其神经生物学机制仍
摘要
引言： 重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）是治疗难治性抑郁症（treatment-resistant depression，TRD）的成熟非侵入性疗法，但其神经生物学机制仍仅被部分理解。研究人员探究了rTMS是否在不同抑郁状态下招募共同或表型特异性的适应机制。
方法： 暴露于慢性轻度应激（chronic mild stress，CMS）和社会隔离的雄性Wistar-Kyoto大鼠模拟TRD。社会隔离的Wistar大鼠模拟治疗响应性抑郁（ISO），而群居Wistar大鼠作为非抑郁对照（CTRL）。动物接受主动或假性高频rTMS。在最后一次rTMS治疗后1天和14天开始进行评估动机、情绪性、无助感和焦虑样行为的行为测试组合。同时检测了基础血浆皮质酮以及前额叶皮层和海马中Bdnf和Cnr1 mRNA表达。
结果： rTMS产生了依赖表型的行为、神经内分泌和分子效应。在ISO大鼠中，主动刺激改善了多项行为指标并降低了基础皮质酮水平。在TRD大鼠中，行为效应更具选择性，主要涉及动机和自我照顾，且未伴随皮质酮正常化。最显著的分子效应出现在TRD大鼠的前额叶皮层，rTMS同时增加了Bdnf和Cnr1的表达。仅在主动刺激的TRD动物中，两者的表达呈强正相关，提示可塑性相关通路的协同参与。
结论： rTMS并未在不同抑郁表型中引发统一响应，而是根据潜在的神经生物学状态招募不同的适应机制。神经内分泌正常化是治疗响应性模型的特征，而TRD中的选择性行为改善与前额叶Bdnf和Cnr1相关通路的协同参与相关。这些发现支持基于表型信息、机制引导的抑郁症神经调控策略。
论文解读：抑郁表型决定rTMS的生物学响应——一项临床前比较研究
一、研究背景与科学问题
重度抑郁症（major depressive disorder，MDD）是一种高患病率的精神疾病，造成广泛的功能损害、生活质量下降，并带来沉重的经济与公共卫生负担。约30%的MDD患者对一线治疗无响应，被诊断为治疗抵抗性抑郁症（treatment-resistant depression，TRD）。TRD患者表现出显著的功能损害、高住院率和自杀风险，构成重大的临床、社会和经济负担。药物治疗策略往往难以克服临床响应缺乏的问题。重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）作为一种局灶性、非侵入性神经调控技术，目前已被推荐用于TRD的治疗。rTMS通过向前额叶皮层（prefrontal cortex，PFC）递送磁脉冲串，改变皮层兴奋性并整体调节脑环路。
尽管rTMS具有临床疗效，越来越多的证据表明其通过调节突触效能、神经元兴奋性和功能连接性来促进活动依赖性神经可塑性，这些效应被认为涉及神经元适应相关的分子级联反应，最终有助于恢复与抑郁相关的功能失调脑网络。然而，这些效应背后的神经生物学机制，以及它们是否在不同抑郁表型间保守，仍仅被部分理解。在拟议的分子通路中，脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）信号被广泛认为是活动依赖性突触重塑和抗抑郁响应的关键介质。同样，越来越多的证据表明内源性大麻素系统通过CB1受体介导的兴奋性和抑制性神经传递调节，参与应激适应和突触可塑性。BDNF信号和内源性大麻素系统的改变均与抑郁症的病理生理有关，并被认为有助于抗抑郁干预（包括神经调控）的治疗效应。
临床前rTMS应用长期以来因聚焦性、过热、形状和尺寸等挑战而存在问题，导致大部分现有知识来自临床研究，而临床研究固有地存在局限性，例如无法获取脑组织、难以在受控条件下评估影响rTMS疗效的特定因素。近年啮齿类动物线圈的优化和验证为改进转化研究奠定了基础，使得在大鼠模型中能够获得与患者递送模式类似的刺激模式。尽管标准rTMS方案能有效减轻MDD动物模型中的抑郁样症状，但现有临床前结果对接受rTMS治疗的TRD患者的预测价值有限，因为仅使用了对抗抑郁药敏感的临床前模型。
尽管有越来越多的证据支持rTMS的抗抑郁疗效，但其治疗效应是依赖共同的神经生物学适应，还是根据潜在的抑郁表型参与不同机制，仍不清楚。回答这一问题需要具有不同抑郁表型和治疗响应性的实验模型。为此，研究人员评估了采用模拟人类临床实践标准方案的高频rTMS，是否在不同抑郁表型和治疗响应性特征的实验条件下诱导协调的行为、神经内分泌和分子变化。
二、研究设计与关键方法
本研究使用了三种大鼠模型：TRD模型为隔离饲养并暴露于慢性轻度应激（chronic mild stress，CMS）方案的Wistar-Kyoto大鼠；治疗响应性抑郁模型（ISO）为长期社会隔离的Wistar大鼠；非抑郁对照组（CTRL）为群居Wistar大鼠。共98只成年雄性大鼠（64只Wistar和34只Wistar-Kyoto）来自Charles River Laboratories（意大利莱科）。
主要关键技术方法包括：高频rTMS（10 Hz，110%静息运动阈值，40脉冲/串，4 s，16 s串间间隔，40串/次，1600脉冲/次，连续8天，共12800脉冲，双侧额叶皮层靶向，无麻醉或身体约束）；行为测试组合（蔗糖消耗测试评估快感缺失、新奇抑制摄食测试评估动机与焦虑冲突、喷溅测试评估动机与冷漠样行为、强迫游泳测试评估行为绝望、旷场测试评估自发活动与焦虑样行为、高架十字迷宫测试评估焦虑样行为）；血浆皮质酮浓度测定（ELISA）；前额叶皮层和海马中Bdnf和Cnr1基因表达的qRT-PCR定量分析。
三、研究结果
3.1 蔗糖消耗测试： rTMS前，TRD大鼠蔗糖摄入显著低于CTRL和ISO大鼠，证实快感缺失表型。rTMS后，短期和长期评估中均未观察到治疗对蔗糖摄入的影响。
3.2 新奇抑制摄食测试： 双因素方差分析显示模型和治疗的显著主效应以及显著的模型×治疗交互作用。TRD大鼠接受主动rTMS后，接近食物的潜伏期显著短于假性刺激TRD大鼠，表明主动刺激改善了TRD模型的动机行为。
3.3 喷溅测试： 短期测试中，TRD和ISO大鼠自我理毛潜伏期显著高于CTRL，TRD大鼠又显著高于ISO。由于TRD大鼠极少表现出理毛行为，采用分类分析发现，主动rTMS处理的TRD大鼠中执行自我理毛行为的个体数量显著多于假性刺激TRD大鼠，表明rTMS改善了TRD模型的自理行为。
3.4 强迫游泳测试： 短期测试中，TRD大鼠游动距离显著低于CTRL。存在显著的模型×治疗交互作用，ISO大鼠接受主动rTMS后游动距离显著多于ISO假性刺激大鼠，而CTRL和TRD组未观察到该效应。
3.5 旷场测试： ISO大鼠在所有时间间隔内表现出比CTRL和TRD更多的静止发作次数。rTMS在第一个间隔内显著减少了主动刺激大鼠的静止发作次数，但后续间隔无显著效应。
3.6 高架十字迷宫测试： ISO大鼠接受主动rTMS后进入开放臂的潜伏期显著短于ISO假性刺激大鼠，且在第二个时间间隔内，主动刺激的ISO大鼠在开放臂中停留时间显著多于假性刺激ISO大鼠。CTRL和TRD组未观察到类似效应。
3.7 血浆皮质酮浓度： 存在显著的模型×治疗交互作用。ISO大鼠接受主动rTMS后血浆皮质酮浓度显著低于ISO假性刺激大鼠，而CTRL和TRD组无显著差异。
3.8 基因表达： 长期评估（rTMS后16天）中，TRD大鼠接受主动rTMS后PFC中Bdnf mRNA表达显著高于假性刺激TRD大鼠，ISO组呈非显著升高趋势，CTRL组无差异。TRD主动组PFC中Cnr1表达显著高于TRD假性组，ISO和CTRL组无显著差异。海马中，CTRL大鼠接受主动rTMS后Bdnf表达显著降低，其余各组无显著变化；海马Cnr1表达在各组间均无显著差异。相关性分析显示，仅在TRD主动亚组中，PFC的Bdnf与Cnr1表达呈强正相关，而TRD假性组及CTRL、ISO组均无显著相关性。
四、讨论与结论
讨论总结： 研究人员发现，rTMS的行为效应是选择性的而非泛化的，随抑郁表型不同而不同。治疗响应性动物在多个行为领域表现出改善，而TRD模型的行为恢复更受限，主要涉及动机和自我照顾行为。神经内分泌方面，主动rTMS仅在抗抑郁药响应性模型中降低了基础血浆皮质酮，表明HPA轴稳态的恢复取决于潜在的抑郁表型，且并非总是与行为改善相关。TRD模型中行为改善与皮质酮正常化分离，提示治疗抵抗性抑郁的行为恢复可能独立于HPA轴正常化，或反映神经内分泌灵活性降低。分子层面，最显著的效应出现在TRD模型的前额叶皮层，主动刺激同时增加了Bdnf和Cnr1表达，且两者仅在主动TRD动物中呈强正相关，提示神经营养与内源性大麻素信号的协同参与。分子效应与行为效应在时间上分离：行为改善主要在短期评估中检测到，而PFC基因表达增加在rTMS后16天仍可检测到，表明rTMS诱导了超越可检测行为效应的持久皮层分子适应。研究人员指出，本研究仅使用雄性大鼠，无法评估性别依赖性差异，未来研究应扩展至雌性动物。
结论翻译： 总体而言，研究结果表明rTMS的生物学效应强烈受基线抑郁表型影响。同一神经调控干预在治疗响应性和治疗抵抗性抑郁中引发了不同的行为、神经内分泌和分子适应，而非促进跨实验模型的统一响应。在治疗响应性模型中，行为恢复伴随神经内分泌稳态的恢复；而在TRD模型中，选择性行为改善与前额叶皮层中Bdnf和Cnr1表达的协同调节所反映的可塑性相关通路协同参与并行发生。这些发现表明，不同的适应性生物学程序可能构成rTMS在不同抑郁表型中的治疗效应基础。rTMS并非恢复单一适应不良的生物学过程，而是根据大脑的基线神经生物学状态招募不同的适应程序。这一视角可能有助于解释抑郁中观察到的神经调控响应异质性，并支持开发机制引导、表型信息化的神经调控策略。未来研究应进一步明确这些适应过程的时间动态，并识别能够产生更稳健和持续治疗效应的刺激方案，特别是在治疗抵抗性抑郁中。理解神经调控如何在不同抑郁表型中招募不同的适应响应，可能是迈向更个性化和机制引导的rTMS干预的关键一步。
