抑郁症是一种以情绪、认知和行为异常为特征的精神疾病。内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex，mPFC）兴奋性/抑制性网络平衡是调控认知和情绪功能的重要基础，其网络紊乱会诱发抑郁症、自闭症、焦虑症等多种神经精神疾病。mPFC中前边缘皮层区域（prelimbic cortex，PL）接受来自于皮层和皮层下区域的广泛输入，其中包括屏状核（claustrum，CLA）兴奋性输入。CLA是表达κ-阿片受体（κ-opioid receptor， KORs）最高的脑区之一，KOR与其内源性强啡肽调控多巴胺、五羟色胺等多种神经递质的释放，是重要的抗抑郁靶标。

 

　　2023年11月30日，烟台新药创制山东省实验室/中国神经精神疾病研究中心王瑜珺教授、中国科学院上海药物研究所刘景 根教授与浙江中医药大学陈忠教授、中国科学院昆明动物研究所徐林教授团队合作，在Nature Communications上发表了题为“The claustrum-prelimbic cortex circuit through dynorphin/κ-opioid receptorsignaling underlies depression-like behaviors associated with social stress etiology”的研究论文。该研究揭示了CLA-PL通路以及该通路上CLA脑区轴突末梢的KOR与其内源性配体强啡肽在慢性社交挫败应激（chronic social defeat stress，CSDS）诱导抑郁样行为中的重要作用。

 

　　在前期实验中，作者发现CLA谷氨酸能神经元（CLAGlu）在CSDS诱导的抑郁样模型中出现异常活化，为了探究抑制或激活CLAGlu对抑郁样行为的影响，作者分别在小鼠的CLA脑区打入化学遗传抑制病毒和激活病毒并采用SSDS（subthreshold social defeat stress，SSDS）和CSDS范式进行造模（图1a-b，图1h-i），行为学结果（图1c-g，图1j-n）表明，抑制CLAGlu会增加对抑郁症的易感性，激活CLAGlu可以逆转小鼠的抑郁样行为。综上，CLAGlu与CSDS诱导的抑郁样行为密切相关。

 

　　该课题组近期研究表明，PL也参与CSDS诱导的抑郁样行为，并且CLAGlu到PL存在投射，于是作者对CLA-PL是否参与CSDS诱导的抑郁样行为进行探究。首先，作者采用免疫荧光染色技术（图2a-b，图2g-h，图2m-n）以及光纤钙成像记录技术（图2c-f，图2h-l，图2o-r）检测小鼠CSDS造模后CLA脑区和PL脑区中谷氨酸能神经元（PLGlu）以及PL脑区中PV（parvalbumin-positive，PV）神经元（PLPV）的活性，结果表明，CSDS后小鼠CLAGlu和PLPV活性降低，PL脑区中的谷氨酸能神经元活性升高，说明CSDS会引起PL中PV和PN（pyramidal neurons，PN）神经元相反的活性变化。

 

　　如果该通路兴奋性传递的丧失与CSDS诱导的抑郁样行为有关，那么激活该通路就可以逆转CSDS造成的抑郁样表型。为了验证这一猜想，作者采用光遗传学的方法激活或抑制该通路。研究发现光激活该通路几乎完全逆转CSDS造成的抑郁样行为，而抑制该通路可以造成SSDS范式下的抑郁样行为（图3）。以上结果表明，光遗传学调控CLA-PL通路可以双向调节经历CSDS或SSDS小鼠的抑郁样行为。

 

　　在PFC脑区，PL中的PV神经元和兴奋性椎体神经元PN共同构成PL中的微环路，CLAGlu分别投向这两种神经元，上述结果表明，CSDS会导致CLAGlu和PLPV活性降低，PL PN活性显著增加，这意味着CSDS可能通过损害从CLA到PLPV的兴奋性传递减弱PV神经元对PN神经元的前馈抑制作用进而产生抑郁样行为。为了验证这一猜想，作者用如图4a的方法逆行跨单突触标记向PLPV投射的上游CLA神经元，说明CLA-PLPV存在投射。接着，作者在PLPV上进行膜片钳记录，结果表明，加入钠离子通道阻滞剂TTX和钾离子通道阻滞剂4-AP后，光诱发的兴奋性突触后电流（excitatory postsynaptic currents，EPSC）仍然存在，而加入谷氨酸受体拮抗剂CNQX和AP5后EPSC被阻断（图4e）,说明CLA到PLPV存在单突触谷氨酸能连接。为了确定PLPV是否对PLGlu施加前馈抑制，作者又在PLPN上进行膜片钳记录。结果表明，光激活该通路后，在PLPV分别记录到光诱发的IPSC（inhibitory postsynaptic currents，IPSC）和EPSC，而记录到的IPSC在加入了TTX和4-AP后被阻断，说明在PLPN神经元上产生的IPSC来自多突触连接；在加入Glu受体拮抗剂后EPSC也被阻断（图4f），说明EPSC来自CLAGlu的单突触连接。以上结果提示，向PL投射的CLAGlu通过PLPV对PLPN发挥前馈抑制作用。

 

　　为了进一步证实PV神经元功能障碍在CSDS诱导的抑郁样行为中的重要作用，作者采用光遗传和化学遗传结合的方法，发现光激活该通路可以有效防止抑郁样行为，但对PLPV进行化学遗传抑制后又会出现抑郁样行为（图5d-g）。而光抑制该通路后再用化学遗传激活PLPV，可以逆转小鼠的抑郁样行为（图5k-n）。综上所述，PLPV的化学遗传学操作双向调节了光遗传学激活或抑制CLA-PL诱导的抗抑郁或促抑郁作用。

 

　　KOR存在于谷氨酸能投射的轴突末梢，起到对谷氨酸能输入的抑制控制，并且在调节焦虑、抑郁等负面情绪中发挥着关键作用。该课题组先前研究表明，KOR在小鼠的CLA中高度表达，作者预测该通路中的KOR可能与CSDS诱导的抑郁样行为相关。WB结果表明，CSDS后小鼠的强啡肽而非KOR表达显著增加（图6a-d），说明KOR在抑郁中起到了关键作用。为了确定KOR在调节抑郁样行为中的重要性，作者对KOR进行了过表达或敲低。行为学结果表明，向PL投射的CLAGlu上KOR的过表达能够逆转光激活该通路诱导的抗抑郁作用（图6g-k），而向PL投射的CLA Glu上KOR的敲低则能够逆转光抑制该通路诱导的促抑郁作用（图6n-r）。以上数据说明，KOR反向调节CLA-PL突触传递并且是慢性应激诱发的抑郁样行为的关键。

 

　　综上所述，CLAGlu到PLPV和PLPN均存在单突触连接，CLA会通过驱动PLPV到PLPN的前馈抑制来维持PL微网络中的兴奋/抑制平衡。在该通路中，CLA的轴突末梢存在大量KOR，CSDS会导致该通路下CLA的内源性强啡肽释放并增加对PLPV的KOR信号传导进而减少对PLPN的前馈抑制，导致小鼠产生抑郁样行为（图7）。该通路的研究为抑郁症的临床治疗提供了靶标基础和研究思路。