《Molecular Psychiatry》：Experimental change in temperament: Conversion of the low exploratory phenotype into highly explorative by overexpression of GDNF in the rat striatum
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精神障碍（如抑郁症）的主要易感因素往往是气质（temperamental）层面的，这些因素常阻碍完全缓解并导致复发。研究人员在一种聚集性持续性高焦虑/低动机的大鼠模型中，发现通过腺相关病毒（AAV）载体脑内纹状体给药过表达胶质细胞源性神经营养因子（GDNF），
精神障碍（如抑郁症）的主要易感因素往往是气质（temperamental）层面的，这些因素常阻碍完全缓解并导致复发。研究人员在一种聚集性持续性高焦虑/低动机的大鼠模型中，发现通过腺相关病毒（AAV）载体脑内纹状体给药过表达胶质细胞源性神经营养因子（GDNF），能将低探索大鼠的被动应对风格完全转变为类似于高探索大鼠的主动应对风格。这种行为策略的转换在重复测试中逐渐发展，并与多个脑区儿茶酚胺（catecholamine）代谢增加以及5-羟色胺（serotonin）神经传递调节的改变相关。纹状体中多巴胺转运体（DAT）可用性的增加是表型转换所必需的。纹状体基因表达的关联变化包括单胺（monoamine）储存和表观转录组（epitranscriptomic）调控的关键调节因子。GDNF信号的增加还引起了氧化代谢水平和区域协方差的改变，提示全脑神经活动的重组。因此，神经营养因子，特别是GDNF，可能在气质/人格特质的发展、持久和改变中起关键作用，从而构成治疗慢性、复发性精神障碍的潜在靶点。
该研究发表于《Molecular Psychiatry》。目前精神障碍如抑郁症的治疗面临一大挑战，即嵌于气质或人格特质中的易感性会放大环境逆境的负面影响，导致适应不良的神经网络持续存在且难以逆转，常规治疗往往难以改变持久的行为表型。已有研究识别出高负性情绪（如神经质）和低正性情绪（如外向性）是多种精神障碍的重要预测因子，但关于气质能否被持久改变及其神经生物学机制尚不清楚。研究人员利用大鼠探索行为这一持久特质（低探索LE-rat与高探索HE-rat模型，分别对应高焦虑低动机与高焦虑低动机聚类表型，类比人类忧郁综合征及高神经质低外向性人格），开展研究以探究纹状体过表达GDNF能否转换其行为表型，并揭示其神经生物学机制，这对慢性复发性精神障碍的治疗具有重要意义。
作者为开展研究用到的主要关键技术方法包括：使用雄性Wistar大鼠（来源Scanbur BK AB及Harlan Laboratories）进行探索箱（exploration box）测试筛选低探索（LE）与高探索（HE）表型；通过立体定位手术向纹状体双侧注射scAAV1-pre-α-pro-GDNF或scAAV1-eGFP实现GDNF过表达；采用酶联免疫吸附测定（ELISA）定量脑区GDNF水平；利用单细胞发射计算机断层扫描（SPECT）成像检测多巴胺转运体（DAT）与5-羟色胺转运体（SERT）可用性；进行体内微透析（microdialysis）检测纹状体细胞外多巴胺与5-羟色胺水平；通过高效液相色谱（HPLC）电化学检测脑组织单胺及代谢物；开展纹状体mRNA测序（mRNA sequencing）与实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析基因表达；使用细胞色素c氧化酶（COX）染色及图像分析映射全脑氧化代谢及区域协方差。
研究结果部分保留小标题并简述如下：
GDNF过表达引发低探索表型向高探索表型的渐进性转换。研究人员通过探索箱测试发现，LE大鼠在接受AAV1-GDNF治疗后，随重复测试探索行为逐渐增加并达到HE大鼠水平，且该转换非时间依赖性而需学习新行为策略；ELISA显示纹状体GDNF水平较对照组升高50倍以上并可扩散至伏隔核（nucleus accumbens），对照HE大鼠纹状体基础GDNF高于LE大鼠；酪氨酸羟化酶（TH）免疫染色显示主动探索组（HE及GDNF响应LE大鼠）染色强度更高，证实GDNF-GFRα1-RET信号对探索行为重要。
GDNF过表达影响多巴胺与5-羟色胺代谢及多巴胺溢出，且行为转换需多巴胺转运体可用性增加。研究人员通过离体检测发现GDNF过表达增加纹状体及多个脑区（伏隔核、海马、前额叶皮质、下丘脑、中缝区）多巴胺周转（DOPAC/DA）与5-HIAA水平；体内微透析显示HE大鼠GDNF过表达后纹状体细胞外多巴胺在去极化及安非他明刺激下降低，LE非响应者亦降低而响应者突触调节改变；SPECT显示LE大鼠纹状体DAT结合电位（BP）低于HE，GDNF响应者DAT BP升至HE水平而非响应者无变化，中脑5-HT转运体无组间差异。
GDNF过表达对纹状体基因表达产生多重影响并对应行为表型改变。研究人员通过mRNA测序发现HE大鼠GDNF处理后差异基因多于LE（因LE基因表达异质性更高），KEGG富集到催产素与钙信号通路等；RT-qPCR验证LE大鼠GDNF过表达上调囊泡单胺转运体1（VMAT1，由Vmat1编码）、PDZ域包含7（Pdzd7）、RNA m6A甲基转移酶（Mettl3）、锌指蛋白692（Zfp692），下调ATP受体P2rx6至HE水平，这些基因涉及单胺储存、表观转录调控及突触功能。
GDNF过表达后的探索表型转换伴随氧化代谢及脑区活动协方差矩阵改变。研究人员通过COX染色发现GDNF过表达降低纹状体、中缝背侧部、外侧导水管周围灰质氧化代谢，升高腹侧被盖区（VTA）、蓝斑（locus coeruleus）代谢，进一步降低LE大鼠终纹床核（BNST）代谢；区域协方差分析显示GDNF使LE大鼠脑区耦合（如壳核与齿状回、带状核与杏仁核、蓝斑与未定带、腹外侧导水管周围灰质与中缝背侧部等）转为类似HE模式，BNST与伏隔核、带状核出现强正相关，提示全脑神经网络功能重组。
讨论部分总结及结论翻译如下：
研究人员讨论指出，LE大鼠具有纹状体多巴胺功能低下等神经生物学特征，GDNF对中脑多巴胺神经元存活及功能至关重要且在抑郁中表达异常，故纹状体GDNF过表达可纠正LE大鼠多巴胺缺陷。行为转换呈渐进性，提示需先降低焦虑并增强探索驱动力后再习得新策略；基础纹状体GDNF存在LE与HE差异，且少数LE过表达GDNF未响应者说明下游效应必需。既往杏仁核神经营养因子-3及GDNF在帕金森、酒精使用障碍等研究亦提示其可重组神经元集合与改善表型。GDNF过表达引起广泛单胺系统（脑干、间脑、基底节、海马、皮质）代谢物增加，提示单胺释放升高，但非转换充分条件因非响应者亦有此变化。微透析与SPECT揭示转换关键在于突触多巴胺调节改变及DAT可用性增加（涉及膜 trafficking 而非转录水平），非响应者伴5-HT降低与TH降低。测序显示LE基因景观异质性强，GDNF可转换多数类型，涉及催产素与钙信号等；Vmat1上调助单胺储存、P2rx6下调反映多巴胺状态校正、Mettl3上调关联m6A甲基化与非焦虑主动策略选择。COX映射显示GDNF重组纹状体-海马-未定带-VTA-蓝斑-中缝-腹外侧导水管周围灰质-杏仁核-带状核-BNST等网络耦合，使LE神经活动协方差转为HE样，尤BNST与伏隔核、带状核正耦合出现。综上，纹状体GDNF过表达可渐进将LE大鼠被动应对转为主动探索，关联纹状体转录组与多巴胺突触改变及全脑氧化代谢重组；鉴于LE大鼠对传统抗抑郁不敏感，GDNF值得关注为慢性复发情感与焦虑障碍治疗选项，但需其他设置与品系复现，后续可阐明行为转换后纹状体及其他脑区分子细胞适应变化。
因此，神经营养因子，特别是GDNF，可能在气质/人格特质的发展、持久和改变中起关键作用，从而构成治疗慢性、复发性精神障碍的潜在靶点。
