文獻(xiàn)解讀：大鼠在神經(jīng)領(lǐng)域抗抑郁機(jī)制研究中的應(yīng)用

相對小鼠來說，大鼠更合適用于毒理學(xué)、畸形學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、腫瘤學(xué)、神經(jīng)病學(xué)、實驗老年學(xué)、心血管、牙科和實驗寄生蟲學(xué)等領(lǐng)域的研究。

在神經(jīng)退行性疾病方面，Pink1和DJ-1敲除的大鼠在8月齡時表現(xiàn)出中腦黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元50%以上的丟失，相比于小鼠表型的不明顯，大鼠基因編輯模型給了我們更多治療帕金森病的希望。這也是第一次在基因編輯動物模型中發(fā)現(xiàn)多巴胺神經(jīng)元的丟失。同時這些大鼠也在檢測運(yùn)動神經(jīng)元功能的行為學(xué)實驗中出現(xiàn)了癥狀。今天我們給大家分享一篇文獻(xiàn)，來解析大鼠在神經(jīng)領(lǐng)域的應(yīng)用。

研究背景
應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)炎癥是抑郁癥發(fā)病的重要機(jī)制，經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激（taVNS）是一種治療抑郁癥的無創(chuàng)替代療法。迷走神經(jīng)抗炎信號是由α7煙堿乙酰膽堿受體（α7nAchR）介導(dǎo)，因海馬調(diào)節(jié)情緒且是α7nAchR分布最多的區(qū)域之一。因此，實驗采用α7nAchR基因敲除模式大鼠（賽業(yè)生物構(gòu)建）探討海馬小膠質(zhì)細(xì)胞上的α7nAchR在taVNS抗抑郁中的作用機(jī)制。
 

圖1. taVNS干預(yù)部位-耳甲區(qū)。

研究方法
將大鼠分為野生組、模型組、taVNS組、α7nAchR(-/-)+taVNS組、海馬α7nAchR拮抗劑+taVNS組（Hi MLA+taVNS）、海馬生理鹽水+taVNS組（Hi saline+taVNS），每組10只。

除野生組外，其余大鼠應(yīng)用慢性不可預(yù)知性應(yīng)激方法（CUMS）造模42天，以制備抑郁樣模型大鼠。造模成功后，對taVNS組、α7nAchR(-/-)+taVNS組、Hi MLA+taVNS、Hi saline+taVNS 大鼠連續(xù)干預(yù)21天，即taVNS無創(chuàng)刺激大鼠耳甲兩側(cè)，頻率為疏密波2 /15 Hz，強(qiáng)度為2mA，30min/次/天。分別在基線（-21d）、成模后（0d）、干預(yù)后（21d）各測量一次大鼠體質(zhì)量、糖水偏好百分比、曠場實驗水平和垂直運(yùn)動得分、強(qiáng)迫游泳靜止不動時間，以評估大鼠的抑郁樣行為。

實驗結(jié)束后取材，應(yīng)用Western Blot和免疫熒光技術(shù)觀察α7nAchR、NF-κB p65、p-NF-κB p65、IL-1β、小膠質(zhì)細(xì)胞等指標(biāo)變化。

研究結(jié)果
1// 體質(zhì)量變化
結(jié)果顯示，造模前(-21d)各組大鼠體質(zhì)量沒有統(tǒng)計學(xué)差異，組間具有可比性；成模后（0d），與野生組比較，其余各組大鼠體質(zhì)量明顯降低；taVNS干預(yù)第21天（21d），與模型組相比，taVNS組大鼠體質(zhì)量明顯增加；與taVNS組比較，α7nAchR(-/-)+taVNS組大鼠體質(zhì)量降低（圖2a1）。

基線時(-21d)各組大鼠體質(zhì)量沒有統(tǒng)計學(xué)差異，組間具有可比性；成模后(0d)，與野生組比較，Hi MLA+taVNS、Hi saline+taVNS組大鼠的體質(zhì)量明顯降低；在taVNS干預(yù)21天后，與野生組相比，Hi MLA+taVNS與Hi saline+taVNS組大鼠體質(zhì)量明顯降低（圖2 a2）。
 

圖2.不同時間點各組大鼠體質(zhì)量比較。

2// 糖水偏好百分比變化
結(jié)果顯示，造模前(-21d)各組大鼠糖水偏好百分比沒有統(tǒng)計學(xué)差異，組間具有可比性；成模后(0d)，與野生組比較，其余各組大鼠的糖水偏好百分比明顯降低，提示造模大鼠出現(xiàn)明顯的抑郁樣行為。

taVNS干預(yù)第21天(21d)，與模型組相比，taVNS組大鼠糖水偏好百分比明顯增加；與taVNS組比較，α7nAchR(-/-)+taVNS組大鼠糖水偏好百分比降低（圖3 b1）。

基線時(-21d)各組大鼠糖水偏好百分比沒有統(tǒng)計學(xué)差異，組間具有可比性；成模后(0d)，與野生組比較，Hi MLA+taVNS、Hi saline+taVNS組大鼠的糖水偏好百分比明顯降低；taVNS干預(yù)21天后(25d)，Hi MLA+taVNS與Hi saline+taVNS組大鼠的糖水偏好百分比有上升趨勢，且與Hi saline+taVNS相比，Hi MLA+taVNS組大鼠的糖水偏好百分比明顯降低（圖3 b2）。
 

圖3. 不同時間點各組大鼠糖水偏好的比較。 

3//  曠場實驗水平運(yùn)動得分和垂直運(yùn)動得分的比較
結(jié)果顯示，造模前(-21d)，各組內(nèi)沒有顯著差異，組間具有可比性；造模成功后(0d)，與野生組相比，其余各組大鼠的垂直運(yùn)動和水平運(yùn)動得分明顯下降。

經(jīng)taVNS干預(yù)21天后，與模型組相比，taVNS組大鼠水平運(yùn)動和垂直運(yùn)動得分均顯著增加；與taVNS組比較，α7nAchR(-/-)+taVNS組水平和垂直運(yùn)動得分降低（圖4 c1, d1）。經(jīng)taVNS干預(yù)21天后(25d)，與Hi saline+taVNS相比，Hi MLA+taVNS水平運(yùn)動得分降低（圖4 c2, d2）。
 

4// 強(qiáng)迫游泳靜止不動時間的改變
造模前(-21d)各組大鼠在強(qiáng)迫游泳實驗中靜止不動時間無統(tǒng)計學(xué)差異，組間具有可比性；成模后(0d)，與野生組比較，模型組、taVNS組、α7nAchR(-/-)+taVNS組、Hi MLA+taVNS與Hi saline+taVNS組大鼠強(qiáng)迫游泳靜止不動時間明顯增加，此實驗表明五組大鼠出現(xiàn)抑郁樣行為。

taVNS干預(yù)第21天(21d)，與模型組相比，taVNS組強(qiáng)迫游泳靜止不動時間減少；與taVNS組比較，α7nAchR(-/-)+taVNS組大鼠靜止不動時間有上升趨勢，但無統(tǒng)計學(xué)差異（圖5 e1）。經(jīng)taVNS干預(yù)21天后，與Hi saline+taVNS組相比，Hi MLA+taVNS組靜止不動時間增加（圖5 e2）。
 

圖 5. 各組大鼠強(qiáng)迫游泳實驗靜止不動時間的比較。

5//  taVNS干預(yù)后海馬α7nAchR、IL-1β、NF-κB p65和p-NF-κB p65表達(dá)量的變化
實驗結(jié)束后(21d)，斷頭取腦，用Western Blot方法檢測各組大鼠海馬α7nAchR、IL-1β、NF-κB p65、p-NF-κB p65蛋白的表達(dá)。結(jié)果顯示，與空白組比較，模型組大鼠海馬α7nAchR表達(dá)降低，IL-1β、NF-κB p65、p-NF-κB p65表達(dá)明顯增加；與模型組相比，taVNS組α7nAchR表達(dá)明顯增加，IL-1β、NF-κB p65、p-NF-κB p65蛋白表達(dá)顯著降低。

與taVNS組比較，α7nAchR(-/-)+taVNS組大鼠IL-1β、NF-κB p65、p-NF-κB p65蛋白表達(dá)增加，因α7nAchR(-/-)敲除，故α7nAchR(-/-)+taVNS組大鼠海馬α7nAchR蛋白無表達(dá)。
 

圖 6. taVNS干預(yù)后海馬α7nAch、IL-1β、NF-κB p65和p-NF-κB p65表達(dá)量的變化。

6// 激活態(tài)和靜止態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目比較
與野生組相比，模型組激活態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量明顯增加；與模型組相比，taVNS組靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目增加；與taVNS組比較，α7nAchR(-/-)+taVNS組靜息態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著減少；與Hi MLA+taVNS組相比，Hi saline+taVNS組激活態(tài)小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量減少（圖7）。
 

圖 7. 激活態(tài)和靜止態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目的比較。

總結(jié)
taVNS緩解了CUMS模型大鼠的抑郁樣行為，降低了中樞的炎性反應(yīng)，具有一定的全身抗炎作用；taVNS增加了海馬小膠質(zhì)細(xì)胞膜上α7nAchR的表達(dá)增加，抑制了NF-κB p65及其磷酸化的表達(dá)，繼而減少了IL-1β等促炎細(xì)胞因子的釋放。因此，海馬α7nAchR/NF-κB信號通路是taVNS發(fā)揮中樞抗炎以抗抑郁的作用機(jī)制之一。
 

圖8. 海馬α7nAchR/NF-κB通路介導(dǎo)taVNS干預(yù)抑郁模型大鼠的抗炎機(jī)制示意圖。

注：紅色箭頭表示病理狀態(tài)下，綠色箭頭表示taVNS干預(yù)。靜息態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞未激活炎癥信號通路；在應(yīng)激狀態(tài)下，海馬小膠質(zhì)細(xì)胞激活，IκB水解，NF-κB轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)，即NF-κB與亞基p50和p65結(jié)合，發(fā)生核易位，繼而影響促炎細(xì)胞因子IL-1β的產(chǎn)生與釋放，放大機(jī)體響應(yīng)促炎刺激而引起炎性反應(yīng)；α7nAchR是介導(dǎo)迷走神經(jīng)-炎癥反射的關(guān)鍵受體，taVNS增加了海馬小膠質(zhì)細(xì)胞上α7nAchR的表達(dá)，α7nAchR激活可引起抗炎級聯(lián)反應(yīng)，抑制了NF-κB的活化，繼而減少了IL-1β的含量；而taVNS并未明顯改善α7nAchR(-/-)大鼠的抑郁樣行為和炎性反應(yīng)，故α7nAchR是taVNS發(fā)揮抗炎以抗抑郁的關(guān)鍵受體，α7nAchR/NF-κB信號通路是介導(dǎo)taVNS中樞抗炎以抗抑郁的作用機(jī)制之一。

原文檢索：
Wang JY, Zhang Y, Chen Y, Wang Y, Li SY, Wang YF, Zhang ZX, Zhang J, Rong P*. Mechanisms underlying antidepressant effect of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation on CUMS model rats based on hippocampal α7nAchR/NF-κB signal pathway. J Neuroinflammation. 2021 Dec 17;18(1):291. doi: 10.1186/s12974-021-02341-6. PMID: 34920740; PMCID: PMC8680337.