《Frontiers in Neural Circuits》：Reversal of repetitive TMS-induced LTP-like plasticity by a novel compound in rats
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重复经颅磁刺激（rTMS）以频率依赖性方式调节皮质可塑性，导致皮质脊髓兴奋性的可预测且持久的增强或减弱。这些rTMS对突触可塑性的影响部分由N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDARs）介导，并与兴奋性突触传递的长时程抑制（LTD）或长时程增强（LTP）具有共同特
重复经颅磁刺激（rTMS）以频率依赖性方式调节皮质可塑性，导致皮质脊髓兴奋性的可预测且持久的增强或减弱。这些rTMS对突触可塑性的影响部分由N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDARs）介导，并与兴奋性突触传递的长时程抑制（LTD）或长时程增强（LTP）具有共同特征。在本研究中，研究人员探讨了SGE-301（一种NMDR正性变构调节剂）是否改变戊巴比妥麻醉大鼠中rTMS介导的运动皮质可塑性。研究人员测试了两种模式：低频rTMS（lf-rTMS）使用1 Hz，高频rTMS（hf-rTMS）使用10 Hz，分别诱导LTD样和LTP样可塑性。研究人员通过在一系列刺激器输出强度下测量峰-峰运动诱发电位（MEP）幅度，比较了rTMS前后的皮质脊髓兴奋性。在lf-rTMS实验中，MEP幅度减少的程度在溶剂组和SGE-301组之间相似。然而，在hf-rTMS实验中，溶剂组中观察到的LTP样可塑性被SGE-301完全逆转。总之，SGE-301在体内参与皮质可塑性机制，并选择性地阻止hf-rTMS诱导的LTP样可塑性，而不改变lf-rTMS诱导的LTD样可塑性。这些发现支持临床前rTMS作为一种转化工具，用于检测神经可塑性调节化合物的中枢靶点参与。
**论文解读：新型化合物SGE-301逆转高频rTMS诱导的LTP样可塑性**
重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS）是一种非侵入性局灶性皮质刺激方法，通过颅外交变磁场在颅内产生电流，从而测量或调节皮质兴奋性。当与肌电图（electromyogram, EMG）等外周肌肉读出结合时，rTMS可为调节脑可塑性或兴奋性的药物提供一系列靶点参与生物标志物。rTMS的两种常见方案分别为低频（≤1 Hz）和高频（≥5 Hz）刺激，分别引起区域皮质兴奋性的降低或增强。其作用机制与N-甲基-D-天冬氨酸型谷氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptor, NMDAR）介导的突触可塑性密切相关，并与兴奋性突触传递的长时程抑制（long-term depression, LTD）和长时程增强（long-term potentiation, LTP）有显著重叠。由于NMDAR调节剂在多种神经系统疾病中具有治疗潜力，例如美金刚用于阿尔茨海默病、氯胺酮用于难治性抑郁，因此需要一种转化性生物标志物方案，以在体内确证此类化合物的中枢靶点参与及对皮质突触可塑性的功能调节。rTMS在啮齿动物和人类中均可作为这一工具。然而，现有研究对于新型NMDAR正性变构调节剂（positive allosteric modulator, PAM）如何差异化影响LTD样与LTP样可塑性仍缺乏直接证据。因此，研究人员使用SGE-301——一种新型神经活性类固醇，对含GluN2A和GluN2B亚基的NMDAR具有优先活性，是24(S)-羟基胆固醇的合成类似物——作为工具药，探讨其在体内是否改变rTMS诱导的运动皮质可塑性。
在本研究中，研究人员使用戊巴比妥麻醉的成年雄性Sprague-Dawley大鼠，分别施加1 Hz低频rTMS（lf-rTMS）和10 Hz高频rTMS（hf-rTMS）以诱导LTD样和LTP样可塑性，并比较溶剂与SGE-301（10 mg/kg，腹腔注射）对运动诱发电位（motor evoked potential, MEP）幅度的影响。结果显示，SGE-301未增强lf-rTMS诱导的LTD样可塑性，但完全逆转了hf-rTMS诱导的LTP样可塑性，使预期的皮质脊髓兴奋性增强转为降低。这一发现表明SGE-301能够在体内调节皮质可塑性机制，并支持临床前rTMS作为检测神经可塑性调节化合物中枢靶点参与的转化工具。该论文发表于《Frontiers in Neural Circuits》。
**主要关键技术方法**
实验采用48只成年雄性Sprague-Dawley大鼠（体重280-420 g）。SGE-301溶于30%磺丁醚-β-环糊精（Captisol），腹腔注射10 mg/kg，溶剂对照为等体积Captisol溶液。戊巴比妥麻醉后，使用Magstim Rapid2磁刺激器和定制70-mm八字线圈，施加于左侧运动皮质。记录双侧肱桡肌EMG，测量峰-峰MEP幅度。lf-rTMS方案为1 Hz连续5分钟（300脉冲），hf-rTMS方案为10 Hz持续4秒（40脉冲）。通过刺激器输出强度-反应曲线比较rTMS前后MEP幅度。使用GraphPad Prism进行重复测量方差分析和Fisher's LSD事后检验。
**研究结果**
**3.1 低频rTMS在溶剂组和SGE-301组产生LTD样可塑性**
在lf-rTMS实验中，假刺激组的MEP幅度随戊巴比妥洗脱逐渐升高，研究人员校正了该效应后，发现lf-rTMS在溶剂组和SGE-301组均显著降低MEP幅度，表明产生了LTD样可塑性。但两组间的MEP幅度降低程度相似，说明SGE-301并未增强lf-rTMS诱导的LTD样效应。
**3.2 高频rTMS诱导的LTP样可塑性被SGE-301逆转**
在hf-rTMS实验中，溶剂组大鼠在10 Hz刺激后MEP幅度显著增加，出现LTP样可塑性；而SGE-301组大鼠MEP幅度显著降低，表现为预期的LTP样效应被逆转。两组间MEP幅度变化的对数百分比差异显著，且SGE-301组中多数动物显示抑制性反应，而溶剂组多数动物显示持续性增强。这表明SGE-301选择性阻断了hf-rTMS诱导的LTP样可塑性。
**讨论与结论**
研究人员在讨论中指出，SGE-301对LTD样和LTP样可塑性的差异效应可能反映了一种稳态元可塑性（metaplasticity）机制：NMDAR信号的基线增强降低了突触抑制的阈值，使随后的高频刺激更易产生LTD样结果。此外，戊巴比妥对GABA-A受体的正性变构调节作用、高低频实验中药代动力学时间窗差异、AMPA受体转运和BDNF信号传导的差异也可能参与其中。研究存在局限性，包括lf-rTMS与hf-rTMS实验中SGE-301给药与刺激间隔时间不同（约3小时差异）、lf-rTMS样本量较小，以及TMS线圈相对于大鼠头部较大导致空间聚焦性有限。研究最终结论如下：SGE-301作为NMDAR PAM，在大鼠运动皮层中选择性逆转了hf-rTMS诱导的LTP样可塑性，而基本不影响lf-rTMS诱导的LTD样可塑性。对hf-rTMS预期方向反应的逆转表明SGE-301在体内调节了皮质可塑性机制，这与突触增强和抑制阈值之间的稳态元可塑性转变相一致，尽管尚不能作为直接证据。这些发现支持临床前rTMS作为一种转化生物标志物工具，用于检测可塑性调节化合物的中枢靶点参与，而不同刺激方案间差异效应的精确机制基础仍有待进一步研究。
