《IBRO Neuroscience Reports》：Effects of melatonin and transcranial photobiomodulation on neuroinflammation-related gene expression and anxiety-like behaviors in rats under chronic restraint stress
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心理应激可引起免疫与行为改变，并可能对生活质量产生适应不良影响。然而，褪黑素（melatonin, MLT）和经颅光生物调节（transcranial photobiomodulation, tPBM）对脑功能具有前景性作用。本研究通过评估神经炎症相关基因表达
心理应激可引起免疫与行为改变，并可能对生活质量产生适应不良影响。然而，褪黑素（melatonin, MLT）和经颅光生物调节（transcranial photobiomodulation, tPBM）对脑功能具有前景性作用。本研究通过评估神经炎症相关基因表达和焦虑样行为，考察 MLT 与 tPBM 在慢性应激大鼠中的作用。将 63 只雄性 Wistar 大鼠随机分配至九个组：对照组（Control, Co）、假注射组（Sham injection, Sh-I）、假 tPBM 组（Sham tPBM, Sh-tPBM）、MLT 组、tPBM 组、应激组（Stress, St）、应激+褪黑素组（Stress with Melatonin, St-MLT）、应激+tPBM 组（Stress with tPBM, St-tPBM）和应激+褪黑素+tPBM 组（Stress with Melatonin and tPBM, St-MLT-tPBM）。所有应激大鼠接受慢性束缚应激（chronic restraint stress, CRS）（每天 2 h，持续 21 天）。在束缚应激后给予 MLT（20 mg/kg；腹腔注射，intraperitoneal, i.p.）和 tPBM（808 nm；递送至头皮表面）。通过实时 PCR（real-time PCR）检测海马神经炎症相关基因（IL-17A、ICAM-1、VCAM-1、IL-1β 和 Aif1）的表达。此外，通过高架十字迷宫（elevated-plus maze, EPM）测试评估焦虑样行为。与正常受试大鼠相比，应激大鼠海马 IL-17A 和 ICAM-1 基因表达更高。然而，在 St 组中，IL-1β 表达保持不变，而 Aif1 表达较 Co 组下降。tPBM 逆转了应激诱导的 IL-17A 和 ICAM-1 表达上调，而 MLT 未能将上述变化减轻至与正常受试大鼠相当的水平。MLT 与 tPBM 联合治疗引起的基因表达变化与单独 tPBM 观察到的相似。MLT 显著降低应激诱导的焦虑样行为，其效果与联合治疗相似，而联合治疗优于单独 tPBM。这些发现提示，tPBM 和褪黑素作为减轻应激相关改变的互补方法具有潜力，并强调需进一步研究以优化其剂量和治疗参数。
该研究由 Mohammad Mazaheri、eskandari nahid、Hosseini-nasab Fahimeh 和 Maryam Radahmadi 等开展。应激通常被定义为任何通过真实生理或感知心理应激源扰乱机体的生活事件或状况，机体启动适应机制以维持稳态。心理社会应激是应激相关精神病理发生和进展的关键预测因素，可激活下丘脑–垂体–肾上腺（hypothalamic–pituitary–adrenal, HPA）轴，导致肾上腺释放糖皮质激素（人类为皮质醇，啮齿动物为皮质酮），并激活交感–肾上腺–髓质（sympathoadrenal–medullary, SAM）系统。临床前和临床证据表明，心理应激可过度激活免疫通路，增加促炎细胞因子，改变脑功能并促进适应不良行为。神经炎症以免疫细胞浸润中枢神经系统和驻留免疫细胞如微胶质和星形胶质激活为特征，与精神障碍相关。免疫细胞跨血脑屏障（blood–brain barrier, BBB）浸润由内皮细胞黏附分子（cell adhesion molecules, CAMs）与迁移免疫细胞配体相互作用介导；内皮细胞间黏附分子-1（intercellular adhesion molecule 1, ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1）介导白细胞黏附和跨 BBB 迁移。Th17 细胞分泌促炎细胞因子白细胞介素-17A（interleukin-17A, IL-17A）促进神经炎症；IL-17A 参与 BBB 内皮激活和白细胞募集。Iba1 由 allograft inflammatory factor 1（Aif1）基因编码，是微胶质表达的肌动蛋白结合蛋白；慢性应激可改变微胶质形态和炎症活动。IL-1β（interleukin-1β）部分受核因子 κB（nuclear factor kappa-B, NF-κB）通路调控，生理水平参与正常脑功能，升高可产生兴奋毒性和神经元活动紊乱。海马对应激激素高度敏感，参与应激、情绪、情感以及 HPA 轴负反馈。焦虑障碍常见，病理涉及应激激素分泌失调、促炎细胞因子信号增加、神经信号通路改变和氧化应激增加。当前治疗包括心理治疗、神经调控和药物，但现有抗抑郁药不良作用和疗效可变，因此探索安全谱可能更有利的替代或辅助策略如褪黑素（melatonin, MLT）和经颅光生物调节（transcranial photobiomodulation, tPBM）具有依据。
研究人员设计本研究，考察 MLT 和 tPBM 如何改变慢性应激海马潜在炎症效应在基因表达水平，并评估二者是否通过改变神经炎症相关介质（IL-1β、Aif1、IL-17A、ICAM-1、VCAM-1）减轻神经炎症，同时评估与神经炎症相关的焦虑样行为。研究采用 63 只雄性 Wistar 大鼠，体重 200–250 g，随机分为九组，每组 7 只：Co、Sh-I、Sh-tPBM、MLT、tPBM、St、St-MLT、St-tPBM、St-MLT-tPBM。所有应激大鼠接受慢性束缚应激（CRS）2 h/天、08:00–10:00、连续 21 天。MLT 剂量 20 mg/kg，腹腔注射（i.p.）；tPBM 使用 808 nm GaAlAs 二极管激光，递送至头皮左右海马区域。研究结果提示，慢性应激主要引起海马 IL-17A 和 ICAM-1 基因表达升高并产生焦虑样行为；tPBM 可逆转 IL-17A 和 ICAM-1 上调，MLT 未能将其恢复至正常水平；MLT 和 tPBM 联合对基因表达的作用与单独 tPBM 相似；MLT 及联合治疗改善焦虑样行为，联合优于单独 tPBM。该研究支持 MLT 和 tPBM 作为减轻应激相关改变的互补方法，并强调需进一步优化剂量和治疗参数。
关键技术方法概括：样本为伊朗 Isfahan University of Medical Sciences 的雄性 Wistar 大鼠，伦理批准号 IR.MUI.AEC.1403.065；随机分为九组，每组 7 只；慢性束缚应激 2 h/天、21 天；MLT 20 mg/kg i.p.；tPBM 为 808 nm GaAlAs 二极管激光，经头皮左右海马区照射，先测定头皮/颅骨和皮层光透过率以计算头皮表面辐射暴露；第 21 天进行高架十字迷宫（EPM）测试；第 22 天取右海马，用实时荧光定量 PCR（real-time quantitative PCR, RT-qPCR）检测 IL-17A、IL-1β、ICAM-1、VCAM-1、Aif1，以 GAPDH 为内参，采用 2
?ΔΔCt 法计算相对表达。
研究结果如下。3.1 海马 IL-17A 基因表达：RT-qPCR 显示 St 组 IL-17A 表达显著高于非应激组；在应激动物中，tPBM、MLT 及联合均显著降低 IL-17A，但 St-MLT 仍显著高于 Co、Sh-tPBM 和 MLT，St-MLT-tPBM 与 tPBM 较 Sh-I 降低。3.2 海马 ICAM-1 基因表达：St 组 ICAM-1 较 Co 和 Sh-I 增加；St-tPBM 较 St、St-MLT 和 tPBM 降低；联合较 St-MLT 和 tPBM 降低，但 St-MLT 仍高于 Co、Sh-I 和 Sh-tPBM；非应激 tPBM 增加 ICAM-1。3.3 海马 VCAM-1 基因表达：St-MLT 较 Sh-I 增加；St-tPBM 和 St-MLT-tPBM 较 St-MLT 降低；St-MLT-tPBM 较 tPBM 降低。3.4 海马 IL-1β 基因表达：所有组间无显著变化。3.5 海马 Aif1 基因表达：St 组较所有非应激组降低；MLT 和联合在应激动物中增强 Aif1；St-MLT 和 St-tPBM 较 tPBM 降低；St-MLT-tPBM 较 Sh-I 降低。3.6 EPM 测试：St 组 OAT% 较所有非应激组降低；MLT 和联合增加 OAT%；联合较 St-tPBM 增加。OAE% 在 St 组降低；St-MLT 和 St-MLT-tPBM 较 St 增加；联合较 St-tPBM 增加。
讨论部分指出，21 天慢性应激显著增加海马 IL-17A 和 ICAM-1，提示促炎细胞因子信号、Th17 反应和内皮黏附功能参与；IL-1β 不变和 Aif1 下降表明 21 天束缚应激未引起一致的驻留脑免疫细胞相关炎症基因表达变化，可能与时序和应激强度有关。tPBM 可能通过改善线粒体功能、细胞生物能量学及下游氧化还原敏感和细胞存活信号，调节炎症通路；其作用具有背景依赖性，因为在非应激动物中 tPBM 增加 ICAM-1，而在应激动物中降低应激相关增加。MLT 具有依赖系统状态的双向炎症作用，未能逆转应激诱导的 ICAM-1 和 IL-17A 升高至正常水平，但可改善焦虑样行为，提示其抗焦虑作用可能涉及本研究未检测的其他分子通路。联合治疗对 IL-17A、ICAM-1 和 VCAM-1 的作用未超过 tPBM 单独，但在焦虑样行为上类似 MLT 并优于 tPBM 单独。局限性包括 mRNA 水平不总对应蛋白丰度或功能、MLT 白天给药、仅纳入雄性大鼠、仅评估单剂量 MLT 和单套 tPBM 参数。结论翻译：本研究中，慢性束缚应激与海马参与炎症反应的基因表达增加相关，尤其是 IL-17A 和 ICAM-1，并与应激大鼠焦虑样行为的产生相关。相反，MLT 治疗降低应激大鼠 IL-17A 基因表达，也减少焦虑样行为，这可能与 MLT 超出本研究所评估基因表达变化的其他神经保护效应有关。tPBM 治疗也显示出抵消应激相关海马 IL-17A 和 ICAM-1 基因表达增加的潜力。同时，焦虑样行为减弱至观察到的行为指标与对照组不再显著不同的程度。在非应激大鼠中，tPBM 增加 ICAM-1 基因表达，这可能对健康受试者使用该治疗产生考虑。MLT 与 tPBM 联合对应激诱导的 IL-17A 和 ICAM-1 基因表达变化表现出与单独 tPBM 相似的模式，而其焦虑样行为效应类似单独 MLT，且大于单独 tPBM 观察到的效应。另一方面，在 IL-17A 和 ICAM-1 上调时，IL-1β 保持不变而 Aif1 降低，突出了时间动态在塑造神经炎症相关反应中的潜在重要性。总体而言，本研究支持 MLT 和 tPBM 作为减轻应激相关改变的互补方法的潜力，并强调需要进一步研究以优化其剂量和治疗参数。
