经皮耳迷走神经刺激通过重新平衡隔-海马胆碱能-小胶质细胞信号传导缓解抑郁样行为

《Brain, Behavior, and Immunity》：Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation alleviates depression-like behavior by rebalancing septohippocampal cholinergic-microglial signaling

　　

•慢性应激破坏了隔 - 海马胆碱能 - 小胶质细胞信号传导。
•taVNS 使隔区 ChAT 以及海马 AChE 和 ACh 信号正常化。
•taVNS 减少了海马细胞因子和小胶质细胞活化。
•隔区 ChAT 神经元激活减弱了 taVNS 的行为效应。
引言
重度抑郁症是一种致残且异质性的精神疾病，其特征为持续的低情绪、快感缺失、认知和自主神经紊乱、食欲和精力改变、精神运动改变以及自杀风险增加 (Malhi and Mann, 2018)。全球受影响人数超过 3 亿，抑郁症仍然是致残的主要原因 (World Health Organization, 2017)。尽管药物治疗和心理治疗对许多患者有效，但起效延迟、缓解不完全、不良反应和治疗抵抗仍然是主要的临床挑战 (Cipriani et al., 2018, Marwaha et al., 2023, Rush et al., 2009)。这些局限性促使人们开发针对抑郁症涉及的神经环路和免疫机制的非药物方法。迷走神经是脑与内脏器官之间主要的双向通道，并通过自主神经、神经内分泌和免疫调节影响抑郁症相关过程 (Breit et al., 2018, Carreno and Frazer, 2017)。迷走神经传入纤维将内脏信息传递到孤束核，进而参与涉及情绪调节的单胺能和边缘系统网络 (Carreno and Frazer, 2017, Dorr and Debonnel, 2006)，而传出迷走神经信号有助于胆碱能抗炎反射 (Borovikova et al., 2000)。这些互补的传入和传出功能为抑郁症的迷走神经调节提供了生物学基础。与此原理一致，迷走神经刺激（VNS）作为难治性抑郁症的辅助治疗显示出持续益处，在长达 24 个月的随访期间报告了抑郁症状、功能状态和生活质量的改善 (Bottomley et al., 2020, Marangell et al., 2002, Nahas et al., 2005)。正电子发射断层扫描研究进一步表明，VNS 调节抑郁症相关区域（包括眶额皮层和前扣带回皮层）的脑血流量 (Conway et al., 2006)。
尽管具有治疗潜力，但传统 VNS 需要手术植入并可能产生与刺激相关的不良反应，限制了其更广泛的应用 (Austelle et al., 2022, Ohemeng and Parham, 2020)。经皮耳迷走神经刺激（taVNS）通过刺激迷走神经耳支（ABVN）提供了一种非侵入性替代方案，其传入纤维投射到中央迷走感觉通路。临床和初步研究，包括我们课题组的工作，表明 taVNS 可以减少重度抑郁症和难治性抑郁症患者的抑郁症状 (X.J. Li et al., 2019; Ma et al., 2023, Rong et al., 2016; C. Wu et al., 2018)。然而，耳迷走神经刺激影响情感行为和神经免疫功能的中央环路仍不完全清楚。
神经免疫信号传导代表了迷走神经输入与情感行为之间可能的机制联系。抑郁症越来越多地被理解为涉及脑与免疫系统之间的适应性不良沟通。应激可促进海马小胶质细胞活化、促炎细胞因子产生和神经可塑性受损，从而导致快感缺失、行为绝望和焦虑相关表型 (Dantzer et al., 2008, Miller and Raison, 2016)。胆碱能系统处于调节这一界面的有利位置，因为乙酰胆碱（ACh）调节神经兴奋性和免疫反应。胆碱乙酰转移酶（ChAT）催化 ACh 合成，而乙酰胆碱酯酶（AChE）迅速水解 ACh 从而塑造胆碱能张力 (Picciotto et al., 2012)。α7 烟碱型乙酰胆碱受体（α7nAChR）有助于炎症反应的胆碱能调节，包括小胶质细胞细胞因子的产生 (Halder and Lal, 2021; L. Li et al., 2019)。
遗传研究进一步将 α7nAChR 与抑郁相关行为联系起来。全局 Chrna7 缺失产生了伴有血清 TNF-α和 IL-1β水平升高的抑郁样表型，而 mecamylamine 的抗抑郁样效应在 α7 亚基敲除小鼠中缺失 (Rabenstein et al., 2006, Zhang et al., 2016)。α7nAChR 信号的药物增强也在动物模型中产生了抗抑郁样和抗神经炎症效应。α7nAChR 激动剂 DMXBA 减轻了慢性应激诱导的抑郁样行为和海马神经炎症 (Zhao et al., 2017)。同样，正变构调节剂 PNU120596 减少了 LPS 诱导的行为异常、胶质细胞活化以及海马和 Prefrontal 皮层中促炎细胞因子的表达 (Alzarea and Rahman, 2019)。总的来说，这些发现表明 α7nAChR 对情绪相关行为的贡献取决于实验背景，同时支持其参与应激敏感的神经免疫环路。在一个慢性应激大鼠模型中，颈部 VNS 增加了海马 α7nAChR 表达，减少了 TNF-α、IL-1β和 IL-6 水平，并改善了抑郁样行为 (Namgung et al., 2022)。我们之前的研究进一步表明，taVNS 在 CUMS 大鼠中参与了海马 α7nAChR/NF-κB 通路 (Wang et al., 2021)。
除了受体水平的调节外，海马胆碱能输入的来源和强度也可能与抑郁症相关。心境障碍的胆碱能假说提出，中枢胆碱能活动过度可能导致抑郁症状 (Dulawa and Janowsky, 2019, Janowsky et al., 1972)。内侧隔区（MS），连同 Broca 对角带，是海马胆碱能输入的主要来源 (Mineur et al., 2022, Yu et al., 2023)。海马胆碱能张力的改变已与应激相关和抑郁样行为有关 (Mineur et al., 2022)。更直接地说，化学遗传学激活从 MS/Broca 对角带复合体到腹侧下托的胆碱能投射过度激活了腹侧下托锥体神经元，并在小鼠中诱导了抑郁样行为 (Yu et al., 2023)。这些发现确定了隔 - 海马胆碱能通路作为 taVNS 可能影响海马胆碱能 - 免疫调节的上游环路。taVNS 是否通过该通路调节海马神经免疫信号传导仍不清楚。
因此，我们假设 taVNS 通过使从 MS 到海马的胆碱能信号传导正常化来减轻抑郁样行为和海马炎症。为了验证这一假设，我们使用了慢性不可预测温和刺激（CUMS）暴露和脂多糖（LPS）挑战的小鼠，并结合了行为测试、Western blotting、免疫荧光、体内微透析-HPLC 以及 ChAT-Cre 小鼠中 MS ChAT 神经元的化学遗传学操纵。我们评估了 taVNS 是否使应激相关的 MS 胆碱能激活正常化，恢复了海马 AChE 和 α7nAChR 表达，抑制了小胶质细胞活化和炎症细胞因子产生，并在炎症挑战期间改变了海马细胞外 ACh。为了检查 MS 胆碱能神经元的因果参与，我们进一步确定化学遗传学激活 MS ChAT 神经元是否减弱了 taVNS 的行为效应。
章节片段
动物
使用 8-10 周龄的雄性 C57BL/6J 和 ChAT-Cre 小鼠。C57BL/6J 小鼠购自中国人民解放军军事科学院军事医学研究院实验动物中心（动物生产许可证号 SCXK [京] 2014-0013）。ChAT-Cre 小鼠由北京大学神经科学研究所的尤万博士和易明博士提供。小鼠饲养在 24 ± 2 °C 和 50 ± 5% 相对湿度的环境中，光照/黑暗周期为 12 小时（开灯
taVNS 逆转 CUMS 诱导的抑郁样行为
实验时间线如图 2A 所示。在 CUMS 暴露之前（第 0 周），各组体重无显著差异。CUMS 3 周和 6 周后，应激组体重较对照组小鼠减少。第 9 周，干预 3 周后，CUMS 小鼠体重相对于对照组继续减少，而 taVNS 使体重相对于未治疗 CUMS 组增加。tnVNS 组的体重仍低于 taVNS 组（图 2B）。
CUMS 也
讨论
本研究确定隔 - 海马胆碱能 - 小胶质细胞信号传导为与 taVNS 行为效应相关的神经免疫机制。taVNS 减少了 CUMS 诱导的隔区胆碱能激活标志物的变化，恢复了海马 AChE 和 α7nAChR 表达，并抑制了海马细胞因子表达和小胶质细胞形态活化。化学遗传学激活 MS ChAT 神经元减弱了 taVNS 的行为益处，支持了因果贡献
局限性
应考虑几个局限性。首先，仅使用了雄性小鼠。鉴于抑郁症患病率、应激反应性、胆碱能信号传导和免疫调节的性别差异，未来的研究应确定隔 - 海马胆碱能 - 小胶质细胞机制是否在雌性小鼠中保守。
其次，本实验未包括 α7nAChR 敲除小鼠。尽管我们课题组之前使用 α7nAChR 敲除大鼠的研究支持 α7nAChR 依赖的机制
结论
taVNS 减轻了 CUMS 和 LPS 挑战小鼠的抑郁样行为，同时使隔 - 海马胆碱能活动正常化并抑制海马小胶质细胞炎症。强制激活 MS ChAT 神经元减弱了 taVNS 的行为效应，支持了隔 - 海马胆碱能张力降低的因果贡献。这些发现表明，taVNS 可能通过重新平衡应激破坏的胆碱能 - 小胶质细胞脑 - 免疫界面来改善抑郁样行为。
CRediT 作者贡献声明
朱浩翰：写作 - 审查与编辑，写作 - 初稿，软件，方法学，形式分析。陈宇：写作 - 初稿，软件，方法学。宋兴科：软件。陈子杰：软件。张锦玲：监督，资源。朴雪：软件。王俊颖：监督，资源，数据整理。荣培京：监督，资金获取。
伦理批准
所有实验程序均获中国中医科学院针灸研究所动物护理和使用委员会批准（许可证号：Zhongke Zhenlun D2021-11-29-2）。
临床试验编号
不适用。
基金
本工作由中国中医科学院科技创新项目（CIZIA2024-005）、中央公益科研院所基本科研业务费专项资金（ZZCZ2025-030）、国家中医药管理局创新团队和人才培养计划（ZYYCXTD-D-202409-04）、中国中医科学院科技创新项目（CI2026A03413, CIZJS2025021）以及
未引用参考文献
Li et al., 2019a, Li et al., 2019b, Wu et al., 2018a, Wu et al., 2018b, Xu et al., 2015a, Xu et al., 2015b.
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本报告中的工作。
致谢
作者感谢北京大学尤万教授、易明教授及其实验室提供 ChAT-Cre 小鼠和相关支持。
朱浩翰 | 陈宇 | 宋兴科 | 陈子杰 | 张锦玲 | 朴雪 | 王俊颖 | 荣培京