重度抑郁症患者普遍存在内侧前额叶皮层(mPFC)谷氨酸能和GABA能神经元的功能改变，导致突触可塑性受损，从而损害信号向边缘区域传递的完整性。东莨菪碱是一种非选择性毒蕈碱受体拮抗剂，通过靶向生长抑素(SST)中间神经元上的M1型乙酰胆碱受体(M1R)产生快速的抗抑郁样作用。到目前为止，这些影响都是通过相对短期的操作来研究的，而参与这些反应的长期突触机制仍然未知。
在此背景下，2023年5月4日，耶鲁大学医学院Manoela V. Fogaça研究团队在Neuropsychopharmacology杂志上发表文章揭示东莨菪碱通过阻断SST中间神经元的M1R来调节兴奋性和抑制性神经元的可塑性以产生抗抑郁作用。
第一步，作者特异性敲除SST中间神经元中的M1R并进行验证。双重免疫组化结果显示，与对照组相比， M1f/fSstCre+小鼠mPFC中M1R表达显著减少。接着采用全细胞膜片钳记录mPFC切片中毒蕈碱诱导的电流强度来反映SST神经元上M1R的功能性反应，结果显示，对照组mPFC切片中100%的SST细胞对毒蕈碱有反应，而在M1f/fSstCre+小鼠的切片中，只有16.6%的SST细胞对毒蕈碱有反应，以上结果表明M1f/fSstCre+小鼠的SST M1R被成功地特异性敲除。
图1 选择性敲除SST M1R
接下来作者探究条件敲除SST M1R后对东莨菪碱的抗抑郁作用的影响。这里作者采用两种不同的实验方案来分别探究。两种方案中两组小鼠分别用溶剂或东莨菪碱(25 μg/kg，每隔一天，连续3天)处理。24 h后，第一种方案采用自发活动实验(LMA)，强迫游泳实验(FST)和新奇抑制摄食实验(NSFT)来测量小鼠的抑郁样行为；第二种方案使用雌性尿液嗅探实验(FUST)，高架十字迷宫实验(EPM)和糖水喷洒实验(SUST) 来测量小鼠的抑郁样行为。实验结果显示，东莨菪碱在FST、NSFT、FUST、EPM和SUST的对照组小鼠中产生了快速的抗抑郁和抗焦虑样作用，而在M1f/fSstCre+小鼠中没有产生相似的抗抑郁和抗焦虑样反应。这表明SST中间神经元的M1R缺失能够阻断东莨菪碱快速和持续的抗抑郁和抗焦虑样作用。
图2 SST M1R缺失阻断东莨菪碱的抗抑郁和抗焦虑样作用
以往研究表明，东莨菪碱通过上调谷氨酸能相关突触蛋白来增强突触功能以发挥快速和持续的抗抑郁作用。然而，东莨菪碱是否会影响GABA能信号相关蛋白尚未被探究。因此，在这里作者探究了东莨菪碱处理24小时后mPFC中的突触前和突触后分子标志物的变化。结果显示，东莨菪碱增加了对照组小鼠中与谷氨酸能和GABA能信号传导相关的蛋白水平，如突触前囊泡转运蛋白VGLUT1和VGAT，以及突触后支架蛋白PSD95和Gephyrin，但不会增加M1f/fSstCre+小鼠中的这些蛋白水平。这表明SST中间神经元中M1R的缺失能够阻断东莨菪碱诱导的mPFC中GABA能和谷氨酸能蛋白水平的增加。
图3 SST M1R的缺失阻止东莨菪碱诱导mPFC中GABA能和谷氨酸能蛋白水平增加
目前一种假说认为，快速的抗抑郁作用需要依赖于GABA中间神经元的初始抑制和谷氨酸能神经元的快速爆发。对此，本研究结果表明，单次给药东莨菪碱1小时后特异性地增加了对照组小鼠谷氨酸能(CaMKIIα)神经元中c-Fos的表达，而对SST中间神经元c-Fos的表达没有影响。此外，单次给药东莨菪碱不会增加M1f/fSstCre+小鼠谷氨酸能(CaMKIIα)神经元中c-Fos的表达。该结果与速效抗抑郁药诱导SST中间神经元初始抑制和谷氨酸能神经元快速爆发的观点一致。
图4 SST M1R缺失可阻断东莨菪碱诱导mPFC CaMKIIα神经元中c-Fos表达的增加
最后，作者利用慢性不可预测性应激模型(CUS)来探究SST M1R缺失对小鼠抑郁样行为的影响。结果显示，与对照非CUS组小鼠相比，对照CUS小鼠在FUST、SUST、EPM、NSFT和FST中产生了抑郁和焦虑样行为，但CUS M1f/fSstCre+小鼠在FUST、SUST、EPM、NSFT和FST中却不会产生抑郁和焦虑样行为。此外，该实验结果还显示CUS小鼠的谷氨酸能和GABA能信号相关蛋白(如VGLUT1和Gephyrin)的表达降低，而CUS M1f/fSstCre+小鼠中的这些蛋白标记物并未减少。且与对照CUS组相比，CUS M1f/fSstCre+小鼠的GluA1和VGAT蛋白水平反而显著增加。这些结果表明SST中间神经元M1R缺失可促进应激恢复，并防止mPFC中谷氨酸和GABA能相关蛋白的缺失。
图5 M1f/fSstCre+小鼠的SST M1R缺失促进应激恢复并防止mPFC中谷氨酸和GABA能相关蛋白缺失
本研究结果表明，东莨菪碱通过拮抗SST M1R产生快速和持续的抗抑郁作用，并增强mPFC中的谷氨酸和GABA能信号。此外，选择性敲除SST中间神经元中的M1R阻止了应激诱导的mPFC中GABA能和谷氨酸能标记物的表达损伤，从而有助于对慢性应激恢复。因此，通过SST中间神经元的M1R拮抗剂靶向兴奋性和抑制性神经递质系统可能是治疗重度抑郁症的有效途径。
https://www.nature.com/articles/s41386-023-01583-7
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