《Journal of Neurochemistry》：Adolescent Exposure to a THC-Rich Cannabis Extract Produces Genotype-Dependent Effects on Cognition and Glial Morphology in Serine Racemase Mutant Mice
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摘要：青少年时期接触大麻与精神分裂症风险增加有关；然而，遗传易感性如何塑造青少年大麻素暴露的长期后果仍知之甚少。Δ9-四氢大麻酚（THC），大麻的主要精神活性成分及本研究使用的富含THC大麻提取物中的主要大麻素，主要通过激活1型大麻素受体（CB1）发挥作用。与
摘要：青少年时期接触大麻与精神分裂症风险增加有关；然而，遗传易感性如何塑造青少年大麻素暴露的长期后果仍知之甚少。Δ9-四氢大麻酚（THC），大麻的主要精神活性成分及本研究使用的富含THC大麻提取物中的主要大麻素，主要通过激活1型大麻素受体（CB1）发挥作用。与此同时，D-丝氨酸（一种内源性N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）共激动剂）可用性降低被认为参与了精神分裂症的病理生理过程。在此，研究人员探究了青少年期暴露于富含THC的大麻提取物是否调节丝氨酸消旋酶突变（SrrY269）小鼠的长期行为、神经化学和胶质细胞结局，该小鼠是一种以D-丝氨酸水平降低和精神分裂症相关表型为特征的遗传模型。小鼠在青少年期接受递增口服剂量的富含THC大麻提取物，并在成年期通过行为学测定、氨基酸定量和胶质细胞形态计量分析进行评估。青少年期暴露于富含THC的大麻提取物阻止了成年SrrY269小鼠的前脉冲抑制（PPI）和空间物体识别记忆缺陷，同时短暂损害了野生型动物的感觉运动门控。无论基因型如何，暴露于富含THC大麻提取物的小鼠在成年期旷场中心区域停留时间更长。在完成行为测试的SrrY269小鼠中，海马小胶质细胞分支减少的现象在青少年期处理后得到缓解。在一个独立的行为学未经历队列中，SrrY269小鼠表现出显著的星形胶质细胞形态学改变，其中多项改变也因青少年期暴露于富含THC大麻提取物而得到缓解。相反，相同处理在野生型小鼠中诱导了独特的星形胶质细胞表型。青少年期暴露于富含THC大麻提取物并未改变成年期海马或前额叶皮层中D-丝氨酸或其他参与NMDAR信号传导的氨基酸水平。这些发现表明，青少年期暴露于富含THC的大麻提取物产生基因型依赖性的长期效应，可阻止SrrY269*小鼠特定的行为缺陷并缓解独立评估的小胶质细胞和星形胶质细胞改变，同时在野生型动物中产生不良的行为和星形胶质细胞结局。因此，遗传背景可能是决定青少年期暴露于富含THC大麻提取物长期神经发育后果的重要因素。
1. 研究背景与研究目的
精神分裂症是一种严重的精神疾病，影响全球约1%的人口，其发病机制涉及遗传易感性与环境因素在神经发育关键期的复杂相互作用。丝氨酸消旋酶基因（SRR）因其在D-丝氨酸代谢和N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）功能中的核心作用而受到关注。D-丝氨酸是NMDAR的内源性共激动剂，其水平降低与精神分裂症的病理生理过程相关。丝氨酸消旋酶突变（SrrY269）小鼠的海马和前额叶皮层D-丝氨酸水平降低约90%，并表现出精神分裂症相关的行为异常，如前脉冲抑制（PPI）缺陷、社交障碍和认知损伤。另一方面，青少年期大麻使用被认为是精神分裂症的环境危险因素，流行病学研究显示其与精神病发生呈剂量依赖性关联，尤其在具有潜在遗传易感性的个体中。然而，遗传脆弱性如何影响青少年大麻素暴露的长期后果尚不清楚。既往研究多依赖于环境模型或影响非D-丝氨酸代谢通路的遗传模型，尚未有研究在基因定义的SrrY269模型中探讨青少年期暴露于富含THC大麻提取物的长期后果。此外，神经免疫失调，特别是小胶质细胞和星形胶质细胞的功能异常，已成为精神分裂症病理生理学的重要组成部分。基于大麻素信号、D-丝氨酸代谢和NMDAR功能之间的相互作用，研究人员假设青少年期暴露于富含THC的大麻提取物会在野生型（Srr+/+）和SrrY269*小鼠中产生不同的长期结局。
2. 研究方法
研究人员使用了雄性C57BL/6J背景的野生型（Srr+/+）和丝氨酸消旋酶突变（SrrY269*）小鼠。青少年期（出生后第31至50天）给予递增口服剂量的富含THC大麻提取物（主要成分为22.1 mg/mL THC，含少量CBD和CBN）。主要技术方法包括：① 前脉冲抑制（PPI）测试，用于评估感觉运动门控功能；② 物体识别任务（ORT），包括空间和非空间版本，用于评估认知功能；③ 旷场实验，用于评估自发活动和探索行为；④ Morris水迷宫，用于评估空间学习和记忆；⑤ 免疫组织化学结合共聚焦显微镜成像，用于观察和分析海马CA1区及前额叶皮层的小胶质细胞（Iba-1标记）和星形胶质细胞（GFAP标记）形态；⑥ 高效液相色谱法（HPLC），用于定量海马和前额叶皮层中D-丝氨酸、L-丝氨酸、谷氨酸和甘氨酸等氨基酸水平。小胶质细胞形态分析在完成行为测试的部分动物中进行，星形胶质细胞形态分析则在独立的行为学未经历队列中进行。
3. 研究结果
3.1 青少年期暴露于富含THC的大麻提取物阻止成年SrrY269小鼠的PPI缺陷，同时诱导Srr+/+小鼠长期PPI损伤*
在P55天，SrrY269小鼠表现出较低的惊跳反射幅度。对于PPI，在P55天，SrrY269小鼠PPI受损，且富含THC提取物降低了Srr+/+小鼠的PPI。到P90天，Srr+/+小鼠的PPI损伤持续存在，而SrrY269小鼠经处理后PPI显著提高。这种改善在P120天仍然维持，使SrrY269小鼠的感觉运动门控恢复到与Srr+/+对照组相当的水平。该效应在75 dB prepulse条件下不显著，表明其对85 dB prepulse条件具有选择性。
3.2 青少年期暴露于富含THC的大麻提取物阻止成年SrrY269小鼠的空间记忆缺陷*
在空间物体识别任务中，SrrY269对照小鼠的辨别指数低于Srr+/+对照小鼠，而青少年期暴露于富含THC提取物选择性地改善了SrrY269小鼠的表现，使其不再与Srr+/+对照组有差异。在非空间物体识别任务中，未检测到基因型或处理的显著效应。在Morris水迷宫中，所有组均成功学习，但未观察到基因型依赖性的处理效应。
3.3 青少年期暴露于富含THC的大麻提取物增加旷场中央区域停留时间而不改变自发活动
青少年期暴露于富含THC提取物显著增加了两种基因型小鼠在旷场中央区域的停留时间，表现为处理的主效应显著，而基因型主效应及交互作用不显著。对进入中央区域的次数、穿越次数和总移动距离无显著影响。
3.4 海马NMDAR信号相关氨基酸水平受丝氨酸消旋酶缺乏影响，但不受青少年期THC提取物暴露影响
SrrY269*小鼠海马中D-丝氨酸、L-丝氨酸、谷氨酸和甘氨酸水平均显著低于Srr+/+小鼠。在前额叶皮层，仅D-丝氨酸水平显著降低。青少年期暴露于富含THC提取物未改变这两个脑区的任何氨基酸水平。
3.5 青少年期暴露于富含THC的大麻提取物恢复成年SrrY269小鼠海马小胶质细胞分支*
在行为测试后的动物亚群中，SrrY269对照小鼠海马小胶质细胞的分支数、总分支长度和连接点数均少于Srr+/+对照小鼠。青少年期暴露于富含THC提取物增加了SrrY269小鼠的这些参数，使分支数和连接点数恢复至正常水平，总分支长度甚至超过Srr+/+对照组。ShoIl分析显示，SrrY269处理组的最大交叉半径增大。在前额叶皮层，处理则降低了SrrY269小鼠的小胶质细胞分支复杂性，显示出区域依赖性效应。
3.6 青少年期暴露于富含THC的大麻提取物差异性调节SrrY269小鼠的星形胶质细胞形态学改变*
在独立的行为学未经历队列中，SrrY269对照小鼠海马星形胶质细胞呈现GFAP荧光强度增高、胞体面积和周长增大、初级突起变短且宽度增加等形态学改变。青少年期暴露于富含THC提取物缓解了SrrY269小鼠的多项星形胶质细胞改变，例如降低了GFAP荧光强度和胞体大小，恢复了初级突起的长度和宽度。相反，相同的处理在Srr+/+小鼠中诱导了不同的星形胶质细胞表型，如GFAP荧光强度增高、胞体增大和初级突起宽度增加。
4. 讨论与结论
本研究的核心发现是，青少年期暴露于富含THC的大麻提取物产生了截然相反的基因型依赖性结局。在SrrY269小鼠中，处理阻止了PPI缺陷，恢复了空间识别记忆，并缓解了海马小胶质细胞和星形胶质细胞的形态学改变；而在野生型Srr+/+小鼠中，则导致了PPI损伤和不良的星形胶质细胞重塑。这表明青少年大麻素暴露的生物学后果受到神经发育过程中谷氨酸能信号功能状态的深刻影响。PPI的结果尤为典型，与健康啮齿类动物中青少年大麻素暴露通常损害PPI的报道不同，本研究中处理对SrrY269小鼠PPI缺陷的预防作用更接近于精神分裂症相关神经发育模型中的发现。认知改善仅限于空间物体识别任务，而非广义的海马功能增强，提示处理选择性改善了特别易受NMDAR功能低下影响的认知过程。神经化学结果显示，尽管SrrY269小鼠的D-丝氨酸等氨基酸水平未因处理而改变，但行为和胶质细胞形态却得到了恢复，这暗示处理可能引发了持久的细胞或环路水平适应，而非通过恢复组织氨基酸含量起作用。小胶质细胞和星形胶质细胞在不同队列中表现出的结构重塑，为这种解离提供了生物学上合理的背景。研究结论指出：青少年期暴露于富含THC的大麻提取物产生基因型依赖性的长期效应，在SrrY269小鼠中可阻止特定行为缺陷并缓解胶质细胞改变，而在野生型动物中则导致不良后果。因此，遗传背景可能是决定青少年期暴露于富含THC大麻提取物长期神经发育后果的重要因素。
