在长期处于压力状态的小鼠中，细胞类型特异性的CB1R信号传导可调节前额叶对高频经颅磁刺激的突触反应

《Behavioural Brain Research》：Cell-Type-Specific CB1R Signaling Modulates Prefrontal Synaptic Responses to HF-rTMS in Chronically Stressed Mice

　　

Cui-Hong Zhou|Huan Yu|Lang He|Rui Liu|Jin-Hua Zhang|Hua-Ning Wang|Zheng-Wu Peng

中国西安710032，空军军医大学西京医院精神病学系

摘要

高频重复经颅磁刺激是一种治疗抑郁症的有效方法，但其突触机制尚未完全明确。我们利用慢性不可预测轻度应激小鼠模型，研究大麻素受体1在不同神经元群体中的信号传导是否通过调节前额叶抑制性突触传递，从而有助于高频重复经颅磁刺激改善抑郁样行为。我们结合行为评估、前额叶皮层锥体神经元的整体细胞膜片钳记录自发性抑制性突触后电流，以及全身性的CB1R药物阻断（AM281）和在谷氨酸能或GABA能神经元群体中缺失CB1R的条件性基因敲除小鼠实验。自发性抑制性突触后电流的频率和幅度分别被用作反映突触前释放和突触后受体功能的间接指标。高频重复经颅磁刺激可改善由慢性不可预测轻度应激引起的抑郁样行为，并部分恢复被AM281抑制的自发性抑制性突触后电流的异常（频率和幅度）。在vGlut1-CB1R-KO小鼠中，基线时的自发性抑制性突触后电流频率降低且半宽增加；慢性不可预测轻度应激会进一步加剧这些变化，引发快感缺乏和焦虑症状，但高频重复经颅磁刺激无法逆转任何行为或突触变化。相比之下，GAD2-CB1R-KO小鼠在基线时表现出类似焦虑的行为，同时自发性抑制性突触后电流频率升高，这表明突触前CB1R介导的GABA释放抑制功能丧失，不过这类小鼠的抑郁样行为较轻；高频重复经颅磁刺激可部分调节突触后功能（增加电流幅度、加快反应速度）。这些发现表明，谷氨酸能CB1R信号传导有助于高频重复经颅磁刺激调节突触前抑制功能。而GABA能CB1R的缺失则会使动物对慢性压力的行为敏感性降低，可能使高频重复经颅磁刺激的作用转向突触后调控过程。总体而言，这些观察结果表明，不同类型的神经元中特定的CB1R信号传导会影响前额叶抑制性回路对高频重复经颅磁刺激的突触反应。

引言

重度抑郁症是一种危害严重的精神疾病，其病理生理机制十分复杂，涉及遗传易感性[1]、神经递质失调[2]、神经内分泌异常[3]、慢性神经炎症[4]，以及与情绪调节和奖赏处理相关的特定神经回路功能紊乱[5]。尽管已有药物治疗手段，但由于存在治疗抵抗和疗效延迟等问题，因此迫切需要其他干预方法。重复经颅磁刺激是一种非侵入性的脑部刺激技术，已被用于治疗难治性抑郁症，它通过向目标皮质区域施加磁脉冲，利用电磁感应产生皮质电场。通过以特定频率和强度施加刺激，重复经颅磁刺激能够调节皮质兴奋性，引发神经元的急性去极化或超极化，进而导致突触效能的长期改变——如长时程增强或长时程抑制[6][7]。在临床应用中，作用于背外侧前额叶皮层的高频重复经颅磁刺激已显示出一致的抗抑郁效果[8][9]。这些效果被认为是通过增强脑源性神经营养因子信号传导[10]以及恢复正常振荡动态（如伽马波功率和θ-伽马耦合）等机制实现的[11]。然而，关于高频重复经颅磁刺激如何通过修复突触层面的功能障碍来发挥治疗效果，目前仍不完全清楚。

越来越多的证据表明，前额叶皮层功能紊乱是重度抑郁症的核心特征，通常表现为活动减少和连接异常[12][13]。在细胞层面，前额叶皮层的正常功能依赖于兴奋与抑制之间的平衡，这一平衡由作为主要输出细胞的锥体神经元以及局部的GABA能中间神经元共同维持[14][15]。慢性压力是导致抑郁症的重要病因，它会打破这种平衡，进而引发GABA能神经传递受损以及前额叶皮层网络的功能失调——这一缺陷被认为是焦虑和抑郁症核心认知及情感症状的根源[16]。从锥体神经元记录得到的自发性抑制性突触后电流，可以作为这些抑制性突触的电生理指标。具体而言，自发性抑制性突触后电流的频率、幅度和衰减动力学通常分别反映突触前释放概率、突触后受体响应能力以及GABA-A受体亚基组成[17][18][19]。因此，自发性抑制性突触后电流参数为评估抑郁症模型中高频重复经颅磁刺激对抑制性突触传递的影响提供了一种可行但间接的方法。

内源性大麻素系统是调控突触可塑性和应激反应的关键机制[20][21]，它主要由大麻素1型受体和大麻素2型受体及其内源性配体构成。谷氨酸能神经末梢上的突触前CB1R激活通常会抑制谷氨酸的释放，而GABA能神经末梢上的CB1R激活则会抑制GABA的释放，从而双向调节神经网络的兴奋/抑制平衡。该系统的功能失调与抑郁症的发病机制有关[22][23]。此前我们的研究表明，高频重复经颅磁刺激的抗抑郁作用与前额叶皮层和海马区内源性大麻素信号传导增强有关[24][25]。鉴于CB1R在前额叶皮层中高表达，且在调节兴奋性和抑制性神经传递中起着关键作用[26]，我们推测CB1R可能是介导高频重复经颅磁刺激对突触具有特异性神经调节作用的关键分子。

为了验证这一假设，我们使用了慢性不可预测轻度应激小鼠模型，研究高频重复经颅磁刺激是否通过调节前额叶皮层对锥体神经元的抑制性突触传递来改善抑郁样行为，以及不同神经元群体中的CB1R信号传导是否参与了这一过程。我们结合行为分析与前额叶皮层锥体神经元自发性抑制性突触后电流的整体细胞膜片钳记录。为确定CB1R信号传导的来源，我们还采用了药物阻断（AM281）以及仅在谷氨酸能或GABA能神经元中缺失CB1R的条件性基因敲除小鼠实验。我们的研究结果有望推动人们对重复经颅磁刺激机制的理解，使其从一种基于神经回路的干预手段发展为针对突触的特异性调节方式，从而为开发更精准的抑郁症治疗方法提供依据。

章节要点

实验动物

本研究使用的雄性C57BL/6小鼠（体重18–22克）来自空军军医大学动物中心。小鼠被分组饲养（每笼5只），置于温度为20–25摄氏度、光照周期为12小时/黑暗12小时且每天早上7点开始的控制环境中，可自由获取食物和水。条件性基因敲除小鼠是通过将Cnr1基因被打断的小鼠（C57BL/6J-Cnr1^{em1(flox)Smoc}，由上海模型生物公司提供）与vGlut1-CreERT2或GAD2-CreERT2基因系进行杂交培育得到的（vGlut1-CreERT2和GAD2-CreERT2小鼠由相关机构提供）

高频重复经颅磁刺激可改善抑郁样行为并调节锥体神经元的自发性抑制性突触后电流

如图1所示，双因素方差分析结果显示，慢性不可预测轻度应激处理和重复经颅磁刺激处理均未导致小鼠出现运动功能障碍，因为在开放场试验中，应激组（假处理组与慢性不可预测轻度应激组相比，F值=0.091，P值=0.764）和重复经颅磁刺激组（假处理组与重复经颅磁刺激组相比，F值=0.002，P值=0.962）的总移动距离没有差异（图1B）。而在糖水偏好试验中，应激因素会导致小鼠的糖水偏好率出现显著差异（F值=21.597，P值＜0.001，图1A），同时小鼠在试验中的停留时间也会发生变化

讨论

本研究探讨了不同神经元群体中CB1受体信号传导在高频重复经颅磁刺激调节前额叶皮层对锥体神经元的抑制性突触传递中的作用。通过结合药物阻断、条件性基因敲除小鼠实验以及整体细胞膜片钳记录自发性抑制性突触后电流等方法，我们得到了多项重要发现。首先，高频重复经颅磁刺激能够有效改善由慢性不可预测轻度应激引起的抑郁样行为，并使前额叶皮层自发性抑制性突触后电流的异常状况恢复正常，具体表现为

结论

综上所述，本研究表明，高频重复经颅磁刺激可通过使前额叶皮层锥体神经元的抑制性突触传递恢复正常，从而改善由慢性不可预测轻度应激引起的抑郁样行为，而且不同神经元群体中的CB1R信号传导在这一过程中起着重要作用。完整的谷氨酸能CB1R是高频重复经颅磁刺激调节突触前抑制功能所必需的，而GABA能CB1R的缺失则会使小鼠表现出对压力更具抵抗力，并且会改变高频重复经颅磁刺激的作用效果

CRediT作者贡献说明

Cui-Hong Zhou：撰写原始稿件、开展研究、构思研究方案。Huan Yu：撰写原始稿件、开展研究、构思研究方案。Lang He：负责软件相关工作。Rui Liu：开展研究工作。Jin-Hua Zhang：开展研究工作。Hua-Ning Wang：负责审稿与编辑、项目监督、资金申请以及构思研究方案。Peng Zhengwu：负责审稿与编辑、项目监督、资金申请以及构思研究方案。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金委员会（项目编号82471543和82330043）以及西京医院跨学科整合项目（项目编号LHJJ24YF06）的支持。

利益冲突声明

本研究未发现任何潜在的利益冲突。