rTMS通过VEGFR-2介导的神经保护改善模拟太空复合环境诱导的情绪功能障碍

《Brain and Behavior》：RTMS Mitigates Simulated Spaceflight-Induced Emotional Dysfunction Through VEGFR-2-Mediated Neuroprotection

　　

目的：重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS）在缓解极端环境（例如太空飞行中遇到的环境）诱导的情绪缺陷方面已显示出潜力。然而，其潜在分子机制仍知之甚少。本研究探讨血管内皮生长因子受体2（vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR-2）在介导rTMS对模拟太空复合环境（simulated space composite environment, SSCE）小鼠模型治疗效果中的作用。方法：在SSCE暴露最后两周后开始10 Hz rTMS治疗，并持续剩余2周。在整个rTMS治疗期间，通过腹腔注射共同给予VEGF受体拮抗剂SU5416。发现：行为测试显示，VEGFR-2抑制消除了rTMS对抑郁样和焦虑样行为的有益效应，通过尾悬试验（tail suspension test, TST）、强迫游泳试验（forced swim test, FST）、蔗糖偏好试验（sucrose preference test, SPT）和高架十字迷宫试验（elevated plus maze, EPM）测量。此外，SU5416阻断rTMS诱导的社交技能改善。在细胞水平，VEGFR-2拮抗损害前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）轴突完整性。结论：这些发现提示，VEGFR-2信号对模拟太空飞行条件下rTMS的神经保护和行为益处至关重要，突显其作为极端环境中情绪调节治疗靶点的潜力。

研究背景与问题：人类空间站飞行日益频繁，仅为探索宇宙的初始阶段，未来可能实现载人火星任务。宇航员是任务成功的关键，其维持高水平表现的能力直接影响操作结果。空间站中宇航员暴露于微重力、限制、隔离、噪声和昼夜节律紊乱等多种应激源，这些复杂环境不仅损害生理功能，还可能导致焦虑和抑郁等不良心理状态。既往研究表明，模拟极端环境暴露仅1周即可出现情绪障碍，并可能随暴露时间延长而持续。rTMS是一种基于电磁感应原理的非侵入性脑刺激技术，利用脉冲电流产生动态磁场，诱导短暂神经元兴奋，并对特定皮层区域和更深脑结构产生长期影响，也可影响功能连接的远端区域，促进脑可塑性长期调节；其潜在机制包括调节神经营养因子和神经递质系统。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）是血管生成和血管通透性的关键介质，也是重要的神经营养和血管生成因子。VEGF-A可能参与神经血管单元重建，其神经保护作用包括刺激轴突生长、保护细胞免于凋亡以及促进室管膜下区和海马神经发生。VEGF及其受体VEGFR-2介导抗抑郁治疗反应的关键神经生物学过程。rTMS可通过上调VEGF、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）和N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptors, NMDARs）改善血管痴呆模型大鼠学习记忆；难治性抑郁患者经rTMS缓解后血清VEGF水平升高。VEGF结合VEGFR-1和VEGFR-2参与调节哺乳动物脑神经发生，并可能至少部分介导常规抗抑郁药和ketamine的抗抑郁效应。研究人员先前已证明，2周10 Hz rTMS可改善SSCE小鼠情绪异常，并伴随PFC中VEGFR-2表达增加，提示VEGF信号可能贡献于行为改善。然而，该信号通路是否为rTMS疗效所必需尚待确定。因此，研究人员通过药理学阻断VEGFR-2的SU5416，检验该受体对rTMS神经保护和行为效应的功能参与，并进一步研究VEGFR-2抑制是否破坏rTMS介导的神经元完整性保护。

关键技术方法（不超过250字）：实验使用雄性C57BL/6J小鼠，6–8周龄。SSCE模型为既往模型的增强版，持续4周，包含30^°尾悬模拟微重力、限制、社会隔离单笼饲养、天宫二号真实背景噪声60–75 dB和90 min光暗周期。自第3周开始全脑rTMS，参数为10 Hz、1 T、每序列100脉冲、10脉冲串间间隔20 s，每日17:00，连续14天。同期给予SU5416（20 mg/kg）腹腔注射，隔日10:00，持续2周。行为学采用TST、FST、SPT、EPM和三室社交试验；分子学采用Western blot和免疫荧光检测PFC中VEGFR-2、NeuN、SMI312；统计采用单因素方差分析（analysis of variance, ANOVA）、两因素重复测量方差分析及事后检验。原文未注明动物供应商，样本队列来源未提供。

研究结果：
3.1 抑制VEGFR-2阻断rTMS对SSCE暴露诱导的情绪缺陷的改善：Western blot和免疫荧光证实，SU5416显著抑制PFC中VEGFR-2蛋白表达。与对照（CON）和SSCE+rTMS组相比，VEGFR-2抑制显著增加TST和FST中的不动时间，降低SPT蔗糖偏好指数，减少EPM中开臂停留时间和进入次数，且不依赖一般运动活动。结论是，阻断VEGFR-2可消除rTMS对SSCE暴露后抑郁样和焦虑样行为的保护效应。

3.2 抑制VEGFR-2阻断rTMS对SSCE暴露诱导社交技能缺陷的改善：通过三室社交试验评估社交偏好和社交新颖性偏好。适应期未见显著位置偏好。阶段1中，CON组和SSCE+rTMS组对Stranger 1的嗅闻时间增加；VEGFR-2抑制组对Stranger 1的嗅闻时间较CON和SSCE+rTMS组显著减少。阶段2中，各组普遍偏好嗅闻新异的Stranger 2；VEGFR-2抑制组对Stranger 2的嗅闻时间较SSCE+rTMS组显著降低。结论是，PFC中VEGFR-2抑制损害rTMS对SSCE诱导社交技能缺陷的改善作用。

3.3 VEGFR-2抑制阻断rTMS对SSCE诱导缺陷的神经保护益处：免疫荧光显示，SU5416显著抑制PFC中VEGFR-2表达，与总蛋白定量结果一致。VEGFR-2抑制使成熟神经元数量较SSCE+rTMS组呈下降趋势，但未达统计学显著；同时显著降低轴突完整性，SMI-312染色信号较CON和SSCE+rTMS组明显减少，提示轴突变性。结论是，VEGFR-2抑制阻断rTMS的神经保护益处，间接证明VEGF的神经保护作用。

讨论部分总结：讨论指出，与NASA后肢卸载（Hindlimb Unloading, HLU）模型主要关注生理变化不同，该研究采用4周复合范式，同时纳入30^°尾悬、社会隔离、60–75 dB舱内噪声和90 min光暗周期等多种航天应激源，以更好模拟真实任务条件。rTMS对SSCE小鼠情绪异常的改善作用此前已建立，其调控可能与增强内侧前额叶皮层低活跃兴奋性神经元活动有关。本研究表明VEGFR-2信号对rTMS疗效关键：SU5416消除rTMS对焦虑抑郁样行为和社会偏好损害的改善，但对社交新颖行为无显著影响；免疫荧光提示情绪行为改变可能与VEGF抑制破坏rTMS诱导的神经保护有关。研究将VEGFR-2确定为连接rTMS与神经保护的关键分子效应子。尽管rTMS和SU5416为全局给予，PFC作为主要分析区域，但不能排除其他脑区贡献。数据与VEGF不仅促进血管生成、也在中枢神经系统发挥神经营养和神经保护作用的报道一致；VEGFR-2拮抗可废除临床前模型中的抗抑郁样行为效应。细胞水平上，行为效应伴随PFC成熟神经元计数和轴突完整性降低，符合VEGF促进神经元存活、神经发生和轴突生长的作用。研究人员提出，rTMS可能促进VEGF释放，进而激活VEGFR-2以支持神经元健康和突触连接，该效应可被受体阻断规避。局限包括：尚无动物专用rTMS线圈，可能存在非特异性效应；全身给药和全脑刺激，PFC为采样区域，不能排除其他脑区贡献；未检测磷酸化VEGFR-2及下游p-ERK、p-Akt，限制靶点结合的直接证据；缺少SSCE+SU5416和CON+SU5416对照，限制因果解释；仅使用雄性小鼠。

结论翻译：总之，本研究表明，VEGFR-2代表一个有前景的分子靶点，rTMS通过其在模拟太空飞行条件下发挥治疗益处。研究人员的发现表明，VEGFR-2信号有助于航天特异性环境应激源诱导的情绪异常的发病机制，其激活可能促进rTMS介导的神经保护和行为改善。因此，靶向VEGF可能代表一种有前景的分子策略，用于改善极端环境中的情绪失调。需要进一步研究以验证这些机制，并优化长期太空任务的转化应用。