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慢性压力对大脑健康的影响
更新时间:2024-02-23   点击次数:182次

1.简介
压力是一种普遍存在的现象,可以给人类日常生活带来众多的生理和心理变化。当生物体遇到可能危及生命的情况时,它们会承受压力。因此,这些生物体会启动各种生理过程,以维持生存和抵抗压力的稳态。尽管生物体能够适应压力,但慢性压力可能会对行为和神经生物学功能产生有害影响。许多研究表明压力与精神障碍之间存在关联。因此,需要进行研究来阐明压力对大脑健康和压力引起的精神疾病的影响。

慢性不可预测性压力(CUS)于 1982 年提出,用于系统探索重度抑郁症(MDD)的神经生物学基础。它的利用使得能够检查中枢神经系统(CNS)中压力引起的神经生物学改变,以及评估抗抑郁药及其潜在候选药物的药理功效。 在本研究中,我们建立了一个新的包含外源性皮质酮暴露(CUS+C)的CUS模型,并用它来研究压力和外源性皮质酮共同暴露对大脑的影响。

2.材料和方法
使用成年雄性小鼠,并让小鼠在饲养设施中适应环境2周,然后承受压力。评估七个小鼠身体区域(头部、颈部、背部、腹部、前爪、后爪和尾巴)的皮毛状态。另外,进行不含BrdU染色和BrdU染色分析,以及进行脑组织样本的总蛋白质含量评估。并且,还有行为学分析,包括拼图盒测试、旋转测试、悬尾测试、强迫游泳测试、新物体识别等行为分析。本研究中使用相机对悬尾测试、强迫游泳测试、新物体识别拍摄并获得视频,使用动物运动轨迹跟踪系统对视频进行相应分析。

动物运动轨迹跟踪系统是一款应用广泛的视频跟踪软件,可以跟踪和分析任何动物的行为,运动轨迹和活动。系统提供大量参数,帮助您对实验结果进行深入分析,包括行进距离、在某个区域花费的时间(例如高架十字迷宫的开放区域花费的时间,可用于衡量焦虑相关的反应)、位置、路径形状以及更多相关参数。您可以通过多种方法将结果可视化呈现,例如图表、图形、轨迹热像图等。


3.结果
3.1. CUS+C引起成年小鼠身体和大脑重量以及皮毛状态的变化
在本研究中,我们首先评估了 CUS+C 模型引起的小鼠身体状况的变化。我们观察到与对照组相比,CUS+C 组的体重显著下降(图 1AB)。我们还观察到CUS+C组的脑重量明显小于对照组(图 1CD)。此外,CUS+C组表现出不规则且不受调节的皮毛状态,其得分显著高于对照组(图1EF)。这些发现表明,CUS+C模型对测试成年小鼠的身体和大脑生长产生负面影响,并抑制自我护理行为。

图1

3.2. CUS+C引起成年小鼠抑郁样行为和记忆功能障碍
通过强迫游泳和悬尾实验来确定CUS+C模型是否引起小鼠出现抑郁样行为。 值得注意的是,强迫游泳测试显示CUS+C组小鼠的不动时间明显高于对照组(图 2A)。同样,在尾部悬挂测试中,我们观察到CUS+C小鼠的不动时间明显高于对照小鼠(图 2B)。 这些结果表明,我们的CUS+C模型可能在成年小鼠中诱导抑郁样行为。

为了分析每组小鼠的记忆功能,我们进行了拼图盒和旋转棒测试,然后比较了各组小鼠的认知灵活性和学习能力。我们的拼图盒测试结果表明,CUS+C 组在T5789时到达目标框的延迟时间显著高于对照组(图 2C)。此外,在转棒测试的所有试验中,观察到 CUS+C小鼠从转鼓上掉落的速度明显快于对照小鼠(图 2D)。此外,将小鼠暴露于两个相同的物体10分钟,6小时后,其中一个物体被新物体取代。然后让小鼠再观察这两个物体10分钟。对于对照组,观察到与熟悉的物体相比,对新物体的探索时间和接近度更高。对于CUS+C组,两个物体之间的探索时间和接近度没有显著差异(图 2E-G)。这些结果表明,CUS+C模型对成年小鼠的认知功能、记忆学习能力以及运动学习功能产生负面影响。

图2


3.3. CUS+C减少成年小鼠大脑中的成年海马神经发生
我们通过免疫荧光评估了CUS+C模型导致的海马神经发生的变化。CUS+C组小鼠齿状回Ki-67阳性细胞数量显著低于对照组小鼠齿状回(图3AB)。同样,CUS+C 组齿状回中BrdU阳性细胞数量显著低于对照组(图 3AC)。这些结果表明,我们的CUS+C模型对成年小鼠大脑海马体的祖细胞产生负面影响。

图3


3.4. CUS+C显著减少成年小鼠大脑海马星形胶质细胞数量
在这项研究中,我们比较了不同组小鼠皮质区和海马体中脑源性细胞(神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞)的密度。研究发现CUS+C小鼠海马区的GFAP阳性细胞数量显著低于对照小鼠海马区;在皮质区域没有观察到这种差异(图 4A-E 和图S4AB)。此外,与对照小鼠大脑中的水平相比,CUS+C小鼠大脑中的GFAP蛋白表达水平显著降低(图4FG)。这些结果表明 CUS 模型引起成年小鼠大脑中海马星形胶质细胞的丢失。

图4

图S4


4.讨论
慢性压力是一个普遍而复杂的问题,会导致各种精神和身体健康障碍。我们开发了一种新的 CUS+C模型,评估了这种新模型对大脑健康的影响。在这项研究中,CUS+C模型破坏了成年雄性小鼠正常的身体重量和大脑重量增加,并恶化了皮毛状态和抑郁样行为。这些结果表明,CUS+C模型对成年小鼠的身体状况、大脑健康和自理能力产生负面影响。

抑郁症和记忆力缺陷之间存在显著关系。我们通过进行各种行为测试来评估记忆功能,结果显示,CUS+C会损害认知、学习以及运动学习记忆。压力引起的不良行为影响需要持续的压力反应,从而阻止动物进行调整。因此,将外源性皮质酮暴露纳入一般CUS模型可能有助于通过使小鼠保持一致的压力反应状态来防止压力适应。

在齿状回中,颗粒细胞神经发生持续很长一段时间,从胚胎阶段到成年期。齿状回的成年神经发生受到环境因素的高度调节,这意味着压力事件可能会影响这一过程。据观察,成人海马体的神经发生过程与认知功能和记忆表现有关。暴露于早期生活压力的成年大鼠也被证明表现出海马神经发生的减少和空间学习能力的恶化。我们的研究结果也表明,CUS+C模型对成人海马神经发生的抑制可能导致认知功能障碍和记忆障碍。

星形胶质细胞是中枢神经系统中的神经胶质细胞,表现出复杂且多方面的形态,具有原生质和纤维亚型。在这项研究中,CUS+C模型中成年小鼠海马区星形胶质细胞丢失,但没有引起神经元和小胶质细胞丢失。此外,CUS+C模型下调了小鼠大脑中GFAP(一种典型的星形胶质细胞标记物)的蛋白表达水平。对海马星形胶质细胞作用的研究表明,海马星形胶质细胞在记忆形成和维持中发挥着重要作用。综上所述,我们的结果表明,CUS+C 模型导致的海马星形胶质细胞数量下降可能会导致成年小鼠的记忆功能障碍。

5.结论
在这项研究中,我们的结果表明,将成年小鼠置于CUS+C模型中会导致身体重量和大脑生长减弱、皮毛状态退化和抑郁样行为。此外,该模型的使用破坏了成年小鼠的学习记忆、运动学习记忆和认知能力,同时还抑制了海马神经发生和海马星形胶质细胞的损失。这项研究揭示了不同压力条件和外源性皮质酮暴露对大脑健康的协同影响。

参考文献
Shin H S, Lee S H, Moon H J, et al. Prolonged stress response induced by chronic stress and corticosterone exposure causes adult neurogenesis inhibition and astrocyte loss in mouse hippocampus[J]. Brain Research Bulletin, 2024: 110903.


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