自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠抑郁癥與單胺神經(jīng)遞質(zhì)及HPA軸的影響

張 靜,陳永芳,黃曉燕,楊笑瑩

(1.南寧師范大學(xué)體育與健康學(xué)院,南寧 530100; 2.國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所,北京 100061)

0 引言

抑郁癥是一種常見(jiàn)的心理疾病,目前我國(guó)抑郁癥患者超 9500 萬(wàn),約占總?cè)丝诘?.7%,是導(dǎo)致殘疾的第二大原因[1]。以往關(guān)于抑郁癥的藥物治療與心理治療存在成本高及復(fù)發(fā)率高的問(wèn)題。研究表明,運(yùn)動(dòng)作為一種低成本的非藥物治療在抑郁癥干預(yù)中起到了重要的作用[2]。實(shí)驗(yàn)研究表明,運(yùn)動(dòng)可以改善抑郁癥小鼠在社會(huì)偏好及社會(huì)互作中的認(rèn)知功能障礙[3],因此運(yùn)動(dòng)可能是改善抑郁癥患者認(rèn)知功能障礙的有效方法,但運(yùn)動(dòng)是否是改善抑郁癥患者焦慮、抑郁的有效方法及其神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制還需進(jìn)一步探究。

本實(shí)驗(yàn)在前期研究基礎(chǔ)上采用抑郁癥小鼠模型,研究自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)抑郁癥小鼠焦慮與抑郁的改善作用及對(duì)單胺神經(jīng)遞質(zhì)和下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)的影響,為進(jìn)一步開(kāi)展抑郁癥治療及研究運(yùn)動(dòng)改善抑郁癥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

SPF級(jí)7周齡雄性C57BL/6J小鼠40只和6月齡有過(guò)繁殖經(jīng)歷的CD1雄性小鼠30只,購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司(SYXK(京)2022-0052)。所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均在標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)物房進(jìn)行飼養(yǎng)。

1.2 抑郁癥模型建立及運(yùn)動(dòng)方案

采用的長(zhǎng)期社會(huì)擊敗應(yīng)激(CSDS)模型是國(guó)際上公認(rèn)的社會(huì)應(yīng)激模型,較好地模擬了人類(lèi)所面臨的生理與心理應(yīng)激導(dǎo)致的抑郁癥[4]。CSDS抑郁模型是一種居留-入侵模型,單籠飼養(yǎng)的CD1小鼠是居留鼠,實(shí)驗(yàn)鼠是入侵鼠。建模時(shí),將實(shí)驗(yàn)鼠放入CD1的鼠籠,進(jìn)行10 min的攻擊-對(duì)抗,結(jié)束后用一個(gè)中間帶孔的擋板將兩者隔開(kāi),形成心理應(yīng)激。24 h后,將實(shí)驗(yàn)鼠轉(zhuǎn)入下一個(gè)陌生的CD1鼠籠,重復(fù)上述操作,整個(gè)建模過(guò)程為10 d。建模結(jié)束后,將建模成功的抑郁癥小鼠隨機(jī)分為抑郁癥組與抑郁癥運(yùn)動(dòng)組,抑郁癥運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行為期21 d的自主跑輪運(yùn)動(dòng)(上海鳴勵(lì)實(shí)驗(yàn)室科技發(fā)展有限公司提供)。抑郁癥組同等條件飼養(yǎng),但跑輪固定不動(dòng)。對(duì)照組在標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)物房進(jìn)行相同時(shí)間的飼養(yǎng)。

1.3 行為學(xué)檢測(cè)

運(yùn)動(dòng)干預(yù)結(jié)束后,將3組小鼠轉(zhuǎn)移到行為房進(jìn)行行為學(xué)測(cè)試。曠場(chǎng)測(cè)試可以反映動(dòng)物的焦慮水平。測(cè)試時(shí),將小鼠放在曠場(chǎng)的中間區(qū)域,讓動(dòng)物自由探索5 min,通過(guò)自動(dòng)化視頻追蹤系統(tǒng)記錄各組小鼠在曠場(chǎng)中間區(qū)域的時(shí)間。懸尾測(cè)試可以反映動(dòng)物的抑郁水平。測(cè)試時(shí),將小鼠倒掛在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上,錄像6 min,分析各組小鼠后5 min的不動(dòng)時(shí)間。每只小鼠測(cè)試結(jié)束后用70%的酒精擦拭實(shí)驗(yàn)設(shè)備,排除氣味對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

1.4 高效液相色譜法(HPLC)

各組小鼠隨機(jī)選取一半斷頭后取完整的海馬組織稱(chēng)重后放入液氮,用于檢測(cè)單胺神經(jīng)遞質(zhì)中的5-羥色胺(5-HT)、去甲腎上腺素(NE)、多巴胺(DA)含量。①制備待測(cè)樣本:海馬組織:0.01 mol/L高氯酸溶液1∶10 離心取上清液,經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾,獲得待測(cè)樣本。②色譜條件:色譜柱為Quattro3 C18柱;流動(dòng)相為磷酸二氫鈉/檸檬酸混合液:甲醇87∶13;流速0.2 mL/min;柱溫35 ℃;進(jìn)樣量20 μL。③稀釋標(biāo)準(zhǔn)品用于制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。加入待測(cè)樣本,根據(jù)各遞質(zhì)峰面積及標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各組小鼠海馬5-HT、NE、DA含量。

1.5 酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法(ELISA)

各組小鼠隨機(jī)選取一半,腹主動(dòng)脈取血后,血漿用于檢測(cè)下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)、促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)與皮質(zhì)醇(CORT)含量。按照試劑盒說(shuō)明書(shū)步驟,將血漿樣本加入到試劑盒中,在酶標(biāo)儀450 nm波長(zhǎng)下測(cè)定血漿樣本的光密度值,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算CRH、ACTH及CORT含量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果

2.1 自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)抑郁癥小鼠焦慮及抑郁的影響

曠場(chǎng)中間區(qū)域百分比用來(lái)反映動(dòng)物的焦慮水平。單因素方差分析顯示,與對(duì)照組相比,抑郁癥組曠場(chǎng)中間區(qū)域百分比顯著減少(P<0.01),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運(yùn)動(dòng)組曠場(chǎng)中間區(qū)域百分比顯著增加(P<0.05),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖1AC)。

注:A.曠場(chǎng)測(cè)試圖;B.懸尾測(cè)試圖;C.曠場(chǎng)中間區(qū)域時(shí)間百分比;D.懸尾不動(dòng)時(shí)間;*表示與對(duì)照組比較P<0.05;**表示與對(duì)照組比較P<0.01;#表示與抑郁癥組比較P<0.05;##表示與抑郁癥組比較P<0.01。

懸尾不動(dòng)時(shí)間用來(lái)反映動(dòng)物的抑郁水平。單因素方差分析顯示,與對(duì)照組相比,抑郁癥組懸尾不動(dòng)時(shí)間顯著增加(P<0.01),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運(yùn)動(dòng)組懸尾不動(dòng)時(shí)間顯著減少(P<0.05),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖1BD)。

2.2 自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)抑郁癥小鼠海馬單胺神經(jīng)遞質(zhì)的影響

單因素方差分析顯示,與對(duì)照組相比,抑郁癥組5-HT(P<0.05)、NE(P<0.05)及DA(p<0.05)均顯著減少,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運(yùn)動(dòng)組5-HT(P<0.05)、NE(P<0.05)及DA(P<0.05)均顯著增加,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見(jiàn)表1)。

表1 自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)抑郁癥小鼠海馬單胺神經(jīng)遞質(zhì)的影響

2.3 自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)抑郁癥小鼠HPA軸的影響

單因素方差分析顯示,與對(duì)照組相比,抑郁癥組CRH(P<0.05)、ACTH(P<0.05)及CORT(P<0.01)均顯著增加,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與抑郁癥組相比,抑郁癥運(yùn)動(dòng)組CRH(P<0.05)、ACTH(P<0.05)及CORT(P<0.01)均顯著減少,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見(jiàn)表2)。

表2 自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)抑郁癥小鼠血漿HPA軸的影響

3 討論

抑郁癥復(fù)發(fā)多與反復(fù)的應(yīng)激事件密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,長(zhǎng)期社會(huì)擊敗應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)焦慮樣及抑郁樣行為,主要表現(xiàn)為抑郁癥組在曠場(chǎng)的中間區(qū)域百分比顯著下降,懸尾的不動(dòng)時(shí)間顯著增加。自主跑輪運(yùn)動(dòng)可以較好地模擬人類(lèi)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)行為。研究表明,自主運(yùn)動(dòng)可以緩解急性應(yīng)激和長(zhǎng)期應(yīng)激導(dǎo)致小鼠的焦慮樣及抑郁樣行為[5]。本研究結(jié)果表明,自主跑輪運(yùn)動(dòng)可以緩解長(zhǎng)期社會(huì)擊敗應(yīng)激導(dǎo)致的小鼠焦慮樣及抑郁樣行為。但也有研究表明,社交挫敗應(yīng)激對(duì)于小鼠的絕望行為無(wú)影響[6],這與本研究結(jié)果存在一定的不一致性,推測(cè)可能是動(dòng)物模型之間的差異,仍需進(jìn)一步探究。

運(yùn)動(dòng)作為一種低成本的非藥物治療在抑郁癥干預(yù)中起到了重要作用。研究結(jié)果表明,自主跑輪運(yùn)動(dòng)可通過(guò)升高抑郁癥小鼠海馬內(nèi)單胺神經(jīng)遞質(zhì)水平起到緩解焦慮樣及抑郁樣行為,表現(xiàn)為5-HT、NE及DA含量升高。之前的研究表明,百合中藥配方能明顯升高海馬5-HT、NE、DA含量,進(jìn)而緩解大鼠抑郁癥[7],故推測(cè)自主運(yùn)動(dòng)改善小鼠抑郁癥可能是通過(guò)調(diào)控腦內(nèi)單胺神經(jīng)遞質(zhì)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。自主跑輪運(yùn)動(dòng)可通過(guò)抑制HPA軸功能緩解抑郁癥小鼠的焦慮樣及抑郁樣行為,表現(xiàn)為CRH、ATCH及CORT水平降低。百合中藥配方能明顯抑郁HPA軸亢進(jìn),CRH、ATCH及CORT水平降低,進(jìn)而緩解大鼠抑郁癥[7],故推測(cè)自主運(yùn)動(dòng)改善小鼠抑郁癥可能是通過(guò)調(diào)控HPA軸實(shí)現(xiàn)的。未來(lái)可進(jìn)一步深入探究神經(jīng)遞質(zhì)間的協(xié)調(diào),包括5-HT、NE、DA之間存在的相互調(diào)節(jié)作用機(jī)制。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,單胺神經(jīng)遞質(zhì)與HPA軸等抗抑郁通路共同作用,從而減緩抑郁,值得深入探究。

自主跑輪運(yùn)動(dòng)對(duì)于抑郁癥小鼠的焦慮及抑郁有改善作用,其作用機(jī)制可能與調(diào)節(jié)單胺神經(jīng)遞質(zhì)水平及HPA軸功能有關(guān)。此研究結(jié)果為進(jìn)一步開(kāi)展抑郁癥治療及研究運(yùn)動(dòng)改善抑郁癥提供了科學(xué)依據(jù)。