经颅直流电刺激通过激活ACC-ZI神经环路缓解抑郁样行为

《Brain Research Bulletin》：Transcranial direct current stimulation alleviates depression-like behaviors by activating the ACC-ZI neural circuit

　　

经颅直流电刺激（tDCS）恢复了在抑郁症中观察到的前扣带皮层（ACC）锥体神经元兴奋性降低。通过增强来自前扣带皮层（ACC）的谷氨酸能输入，经颅直流电刺激（tDCS）增强了未定带（ZI）GABA能活性。前扣带皮层-未定带（ACC–ZI）环路易对经颅直流电刺激（tDCS）缓解绝望样行为至关重要。

论文解读文章：经颅直流电刺激通过激活ACC-ZI神经环路缓解抑郁样行为的机制研究

抑郁症作为一种高发性精神疾病，影响着全球约六分之一成年人的终身健康。目前一线治疗主要依赖心理疗法和抗抑郁药物，但药物副作用影响高达75%患者的依从性，且约三分之一患者对药物治疗无反应，这凸显了开发替代或辅助疗法的紧迫性。经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性神经调控技术，临床研究显示其靶向背外侧前额叶皮层（DLPFC）可对重性抑郁障碍（MDD）和难治性抑郁症产生中等抗抑郁效应。尽管tDCS的机制研究涉及长时程增强样可塑性、单胺能系统调节、神经炎症减轻等层面，但近年研究越来越将抑郁症视为神经环路疾病，而tDCS是否通过调节与抑郁相关的神经环路发挥作用仍不清楚。前扣带皮层（ACC）是MDD神经环路的核心脑区，影像学研究证实其亚区存在一致的机构和功能异常，使其成为新兴干预的靶点。未定带（ZI）作为与边缘系统和旁边缘系统存在密集双向连接的脑区，可整合自上而下的皮层信号和自下而上的皮层下信号，动物实验表明其不同神经元群体可双向调控应激和焦虑相关行为。然而，非侵入性前额叶tDCS是否能够调节这种深层皮层下结构尚不清楚。研究人员假设前额叶tDCS通过恢复ACC异常皮层活动并激活下游ACC-ZI环路来缓解抑郁样行为。

为验证这一假设，研究人员首先在慢性束缚应激（CRS）小鼠模型中探索了tDCS缓解抑郁样行为的适宜参数；通过c-Fos染色确定tDCS激活的脑区；利用光纤记录技术检测ACC不同细胞类型和ZI GABA能神经元的钙信号变化；采用全细胞膜片钳记录分析ACC锥体神经元的突触传递和内在兴奋性改变；通过神经示踪技术确认ACC至ZI的投射；最后利用化学遗传学手段操控ACC-ZI环路活动以验证其因果作用。样本来源于成年雄性C57BL/6J小鼠（8-10周龄），所有实验方案经天津医科大学实验动物管理与使用委员会批准。

本研究主要结论如下：

3.1 0.1mA阳极tDCS逆转CRS诱导的抑郁样行为：通过行为学测试（旷场实验OFT、蔗糖偏好实验SPT和悬尾实验TST），0.1mA和0.2mA阳极tDCS（而非0.05mA或阴极刺激）显著逆转了CRS小鼠的糖水偏好降低、悬尾不动时间增加和旷场中央区进入次数减少，表明tDCS可有效缓解抑郁样行为。基于安全性和电流强度，后续机制研究优先采用0.1mA。

3.2 tDCS选择性增加包括ACC在内的皮层区域c-Fos表达：c-Fos免疫染色显示，tDCS在正常小鼠中激活了初级运动皮层（M1）、次级运动皮层（M2）、ACC和内侧前额叶皮层（mPFC），在抑郁条件下也激活了ACC；海马、腹侧被盖区（VTA）、伏隔核（NAc）、基底外侧杏仁核（BLA）和外侧缰核（LHb）未见显著变化。

3.3 tDCS逆转CRS诱导的ACC兴奋性神经元低活性：光纤记录结合细胞类型特异性GCaMP探针显示，CRS显著降低了ACC兴奋性神经元（CaMKIIα阳性）的钙信号（ΔF/F）峰值和曲线下面积（AUC），而tDCS使其恢复正常；ACC GABA能神经元和星形胶质细胞的钙信号在三组间无显著差异，表明tDCS主要恢复ACC兴奋性神经元群体水平的活性。

3.4 tDCS使ACC内受损的突触传递和内在兴奋性正常化：全细胞膜片钳记录显示，CRS组ACC锥体神经元自发性兴奋性突触后电流（sEPSCs）频率较野生型（WT）显著降低，tDCS后恢复；自发性抑制性突触后电流（sIPSCs）频率和幅度无显著变化；在电流钳模式下，CRS组诱发的动作电位发放频率降低，tDCS后恢复；静息膜电位等膜特性无显著改变。

3.5 tDCS选择性激活ACC至ZI的谷氨酸能投射：顺行示踪（CaMKIIα-GCaMP注入ACC）发现ACC轴突末梢密集投射至背内侧纹状体、ZI、NAc、BLA、背脚皮层和屏状核（Cl）；结合c-Fos染色，仅Cl和ZI在tDCS后c-Fos阳性细胞显著增加。逆行示踪（CTB注入ZI）证实ACC内存在投射至ZI的兴奋性神经元。

3.6 tDCS逆转CRS诱导的ZI GABA能神经元低活性：光纤记录VGAT1-GCaMP标记的ZI GABA能神经元钙信号显示，CRS组ΔF/F峰值和AUC较WT组显著降低，tDCS后恢复正常，与ACC兴奋性神经元活性变化平行。

3.7 激活ACC-ZI神经环路再现tDCS诱导的行为绝望减少：化学遗传学激活ACC-ZI投射神经元（hM3Dq+CNO）增加了CRS小鼠旷场中央区进入次数，减少了悬尾不动时间（改善绝望样和焦虑样行为），但对蔗糖偏好无影响。化学遗传学抑制（hM4Di+CNO）并未加重CRS诱导的行为缺陷。在抑制基础上施加tDCS，可恢复蔗糖偏好，但旷场和悬尾行为未改善，提示ACC-ZI环路是tDCS缓解绝望样行为的关键通路。

讨论部分指出，本研究采用多模态策略（行为学、c-Fos、光纤记录、膜片钳、神经示踪和化学遗传学）描绘了tDCS抗抑郁作用的神经环路基础。核心发现是tDCS主要通过选择性激活ACC兴奋性神经元产生行为效应，而ACC-ZI投射是介导tDCS缓解绝望样行为的关键通路。研究还探讨了电流参数安全性（0.1mA时电流密度约16.2A/m2，低于安全阈值20A/m2）、刺激位点与人类DLPFC的功能同源性、CRS模型的行为表型、tDCS参数依赖性、ACC的细胞层面机制（CRS诱导ACC兴奋性神经元低功能状态，tDCS特异性恢复其电生理和钙信号缺陷）、星形胶质细胞可能的作用、以及ACC-ZI环路对特定行为域（行为绝望和焦虑）的调控选择性。研究结论翻译如下：研究数据表明，CRS通过抑制ACC兴奋性神经元和下游ZI GABA能信号诱导抑郁样行为；tDCS通过恢复ACC锥体神经元兴奋性来对抗这一病理状态，通过招募ACC-ZI投射使ZI抑制性功能正常化，从而缓解特定行为缺陷。这些关于所涉及神经环路的见解为优化刺激参数和开发更精准的神经调控策略提供了依据。本研究存在局限性：仅使用雄性小鼠和单一应激范式（CRS）；仅关注GABA能神经元群体而未区分亚型。未来需在雌性小鼠和其他抑郁模型中进行验证，并采用特异性标记方法阐明中间神经元亚型的参与。