雄性小鼠急性脂多糖（LPS）处理可加剧右旋安非他命诱发的活动过度，而未观察到伏隔核多巴胺能活性的显著变化

《Brain, Behavior, and Immunity》：Acute lipopolysaccharide (LPS) treatment in male mice exacerbates dextroamphetamine-induced hyperlocomotion without detectable changes in nucleus accumbens dopaminergic activity

　　

•脂多糖（LPS）导致小鼠对右旋苯丙胺敏感，增强过度运动。
•这一与精神错乱相关的行为可能在病态行为消退后持续存在。
•LPS并未改变多巴胺相关转录本的mRNA水平。
•LPS并未改变GRABDA传感器光度法测量的实时多巴胺释放/结合。
•犬尿氨酸通路成员mRNA水平因治疗组和脑区而异。

引言
近年来，免疫系统激活一直是精神病学研究的一个日益受到关注的领域，因为包括精神分裂症在内的多种疾病被发现与在外周血、脑脊液和死后大脑中测得的免疫系统活动标志物升高有关（Chen等人，2023年；Fillman等人，2013年、2016年；Goldsmith等人，2019年、2018年；Léon-Ortiz等人，2023年；North等人，2021a年、2022年；Pisanu等人，2024年）。我们和其他研究者发现，精神分裂症患者中一个亚组（约40%–50%）以炎症标志物升高为特征（Fillman等人，2013年、2014年；North等人，2021b年、2022年；Purves-Tyson等人，2021b年；Volk等人，2019年；Zhu等人，2022年、2023年）。该亚组的大脑表现出促炎细胞因子水平升高、胶质细胞增生和外围免疫细胞浸润（Boerrigter等人，2017年；Cai等人，2020年；De Picker等人，2021年；Fillman等人，2016年；Léon-Ortiz等人，2023年；Mendez-Victoriano等人，2024年；North等人，2021b年、2022年；Purves-Tyson等人，2020年；Weissleder等人，2021年；Zhu等人，2022年）。中脑尤其值得关注，因为它含有大量多巴胺能神经元，而多巴胺失调通常被认为是精神分裂症症状的病因之一，尤其是阳性症状。

既然炎症与精神分裂症等精神病性障碍有关，动物模型在研究炎症引发类精神病行为和与其他精神分裂症相关的认知缺陷中的作用方面起到了重要作用。使用反复注射脂多糖等促炎原（如LPS）后给予右旋苯丙胺（DEX）挑战的动物模型与认知障碍、过度运动和犬尿氨酸通路改变相关（Larsson等人，2016年；Peyton等人，2019年；Tufvesson-Alm等人，2022年；Zheng等人，2023年）。在人类中，已证实注射LPS会导致血液中犬尿氨酸代谢物水平升高（Balter等人，2023年）。然而，由于LPS诱导的不活跃状态在DEX挑战之前十分显著，因此很难将精神病学相关的行为与混杂的病态行为区分开来。虽然已表明如DEX和哌甲酯等兴奋剂可在正常和炎症状态下增加纹状体中的多巴胺活动（Felger等人，2013年；Petrulli等人，2017年；Zakiniaeiz等人，2022年），但多巴胺参与类精神病行为/症状的直接证据仍然缺乏。支持兴奋剂在炎症状态下诱导多巴胺能活动增加这一假设的证据主要通过PET成像或测量脑或脑脊液中多巴胺代谢物水平获得（Browne等人，2022年；Felger等人，2013年；Petrulli等人，2017年；Zakiniaeiz等人，2022年）。然而，尽管这些研究考察了兴奋剂和/或炎症对活体人类多巴胺代谢或多巴胺能活动的影响，但并未确立炎症、兴奋剂诱导的多巴胺释放、纹状体中代谢物水平/多巴胺结合增加与类精神病行为之间的因果关系。此外，多巴胺参与精神分裂症的最有力证据主要是基于抗精神病药物的多巴胺受体阻断作用。此外，越来越多的人认识到，抗精神病治疗抵抗性在表现出炎症升高的精神分裂症患者中尤为常见（Chen等人，2023年；Leboyer等人，2021年；Pisanu等人，2024年），这引发了关于多巴胺失调本身是否足以解释该亚组阳性症状的问题。

除了多巴胺之外，谷氨酸和GABA等替代神经递质系统也被认为参与精神分裂症的阳性症状，而在炎症状态下，一种或多种替代神经递质系统的影响可能会加剧DEX诱导的过度运动。这些神经递质系统调节者之一（失调者）在炎症背景下就是犬尿氨酸通路。炎症诱导犬尿氨酸通路激活，将色氨酸代谢为犬尿氨酸，其中大部分来源于外周（Dang等人，2000年；Marszalek-Grabska等人，2021年；Schwarcz等人，2012年）。犬尿氨酸通过大中性氨基酸转运体1转运进入大脑，该转运体存在于血脑屏障的内皮细胞上（Walker等人，2019年）。在发炎的大脑中，犬尿氨酸被进一步代谢为具有神经活性的代谢物，这些代谢物可通过其神经活性代谢物——犬尿喹啉酸和喹啉酸（分别是NMDA受体拮抗剂和激动剂）调节谷氨酸能神经传递（Lugo-Huitrón等人，2013年；Müller等人，2011年）。考虑到精神分裂症的谷氨酸假说以及NMDA受体拮抗剂氯胺酮产生的解离性效应（Beck等人，2020年；Moghaddam和Javitt，2012年），犬尿氨酸通路激活可能通过犬尿喹啉酸分支在高炎症性精神分裂症中发挥类似作用。虽然已有报道精神分裂症患者中犬尿氨酸通路的改变（Cathomas等人，2021年；Kegel等人，2014年、2017年；Kindler等人，2020年；Kuuskm?e等人，2023年；Plitman等人，2017年；Sapienza等人，2024年；Skorobogatov等人，2021年），但只有Kindler等人的研究（2020年）按炎症状态进行了分层，发现高炎症和慢性精神分裂症患者的前额叶皮质中犬尿喹啉酸水平显著升高。

虽然先前报道的LPS给药后认知、运动和犬尿氨酸通路活性改变（Larsson等人，2016年；Tufvesson-Alm等人，2022年；Zheng等人，2023年）对模拟炎症性精神分裂症具有参考价值，但仍有几个关键未知因素。例如，尚不清楚这些精神分裂症相关的行为效应是否能与可能混杂的LPS诱导的病态行为区分开来。LPS对关键多巴胺能脑区炎症介导因子转录改变的影响，以及兴奋剂增强行为反应的机制也不完全清楚。特别是，尚不清楚增强DEX诱导的过度运动是反映多巴胺能信号传导本身的改变，还是炎症相关的血脑屏障完整性改变增加了中枢DEX暴露。基因编码多巴胺传感器的最新进展现在能够实时探究活体中的单胺能信号传导，为评估多巴胺结合/释放提供了机会。因此，我们结合了互补方法，包括对神经元活性的组织学评估、血脑屏障通透性和神经炎症的测量、使用基于G蛋白偶联受体激活的多巴胺传感器（GRABDA）的纤维光度法，以及对免疫、多巴胺和犬尿氨酸相关转录本的定量PCR，以表征兴奋剂挑战后炎症动物的多巴胺能功能。

为了最大限度减少急性LPS诱导病态行为的混杂效应，我们修改了先前双LPS暴露模型（Tufvesson-Alm等人，2022年），延长了LPS注射之间的时间间隔以及LPS暴露与DEX挑战之间的时间间隔。这种方法使我们能够确定中脑内的神经炎症过程是否在急性病态期之后持续存在并继续影响行为反应。使用这一设计，我们检查了DEX挑战后的运动开放场行为、神经元激活、实时多巴胺能动力学，以及免疫、多巴胺和犬尿氨酸相关转录本在两个注射后时间点的表达。我们假设，与对照动物相比，LPS处理的小鼠将表现出增加的走动活动、增强的纹状体神经元激活、升高的DEX诱发的多巴胺信号传导，以及免疫、犬尿氨酸和多巴胺受体相关mRNA的持续上调。

动物
C57BL/6J雄性小鼠（n=158，年龄=8周）由澳大利亚生物资源公司提供（澳大利亚新南威尔士州Mossdale）。到达后，小鼠以每笼四只的方式饲养在标准滤网笼（13×15×29厘米，高×宽×深）中，使用玉米芯垫料，安置在温度和湿度控制的房间中，在澳大利亚神经科学研究所采用反暗光循环（晚7点开灯，早7点关灯），在新南威尔士大学采用光-暗循环（早7点开灯，晚7点关灯）。

荧光素通透性
为研究LPS处理对血脑屏障完整性的影响，我们在一个LPS处理亚组与PBS处理的对照组小鼠中测量了荧光素染料进入大脑的情况，如McCaffrey等人（2026年）所述。第一次LPS或PBS注射后72小时，小鼠接受100微升尾静脉注射，将荧光素钠溶于无菌PBS中（50毫克/毫升，荧光素钠盐，Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯，目录号：F6377-100G）。

LPS增强DEX诱导的过度运动
为评估LPS诱导的炎症是否与多巴胺能亢进相关，我们首先测量DEX诱导的运动活动作为行为替代指标。在LPS组和PBS组之间，我们在基线记录的最后5分钟内的走动距离未观察到显著差异（t(36) = ?1.68，p = 0.102）（图1B），尽管个体间存在活动差异。

在DEX给药并校正个体基线活动变异后，我们……

讨论
在这系列实验中，我们证明LPS诱导的炎症会加剧DEX诱发的运动活动，这与先前报道一致（Tufvesson-Alm等人，2022年；Zheng等人，2023年）。重要的是，我们的发现进一步拓展了这项工作，首次表明这种增强的、与精神病相关的行为反应在LPS诱导的病态行为基本消退后仍然持续存在。DEX诱导的过度运动通常被解释为多巴胺能亢进的替代指标，且它……

局限性
本研究仅限于特定年龄段（实验时10–11周）的雄性小鼠，鉴于年龄和/或性别差异可能导致不同的结果，未来研究应纳入不同生命阶段以及雌性小鼠。仅纳入雄性小鼠的决定是为了便于与采用类似模型的先前研究进行比较（Tufvesson-Alm等人，2022年），并且由于雄性患者患病率更高且发病年龄更早。

结论
虽然我们发现了证据表明LPS诱导的神经炎症会增强雄性小鼠中与精神病相关的行为，但我们未能证明炎症与非炎症小鼠之间存在显著的多巴胺信号传导差异。基于我们的发现，我们得出结论：LPS处理小鼠对DEX的反应中走动距离的增加也并非由于脑内DEX浓度增加所致，尽管炎症导致血脑屏障通透性增加。我们还……

CRediT作者贡献声明
Layla Neuhaus：写作——审稿与编辑、写作——原稿撰写、可视化、验证、项目管理、方法学、调查、正式分析、概念化。Christian Chiha：写作——审稿与编辑、验证、调查、正式分析、概念化。Zhi Yi Ong：写作——审稿与编辑、资源、方法学、调查、经费获取。Jo Ann Yap：写作——审稿与编辑、可视化、调查、正式分析。Carol Chan：写作……

资金
本工作由新南威尔士州卫生部、健康局和医学研究处支持。CSW是澳大利亚国家健康与医学研究理事会主要研究奖学金（研究者资助，APP# 2009237）获得者。AKW是Sir Wilfred & C H (Roger) Brookes慈善基金会获得者。LN是Sait学者，并受NeuRA博士珍珠项目支持。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争财务利益或个人关系。

致谢
Layla Neuhaus和Adam K. Walker感谢Ron Sait先生作为消费者研究者对实验提供的意见。

Layla Neuhaus | Christian Chiha | Zhi Yi Ong | Jo Ann Yap | Carol Chan | Rose Chesworth | Tim Karl | Samara J. Walpole | Kelly A. Newell | Russell Pickford | Cynthia S. Weickert | Adam K. Walker