抑郁症是严重的全球公共卫生问题,其发病率和死亡率都很高
[1]。世界卫生组织
[2]预测:到2030年,抑郁症将成为全球疾病负担的主要原因。抑郁症的发病机制涉及多种因素,其以药物治疗为主,然而多数患者对抗抑郁药无反应,部分患者转变为难治性抑郁。因此,需要开发更为有效的治疗方法。基于神经内分泌机制在抑郁症中的重要作用
[3],靶向激素系统在抑郁症的治疗中具有巨大的潜力,尤其是生长激素(growth hormone,GH)。研究
[4-7]显示:外周血中GH水平与抑郁症密切相关,GH水平过高或过低都伴随抑郁症的发病率升高,如肢端肥大症患者GH水平升高,且其水平与抑郁症状呈正相关关系,切除垂体后患者的GH分泌降低,抑郁症状得到改善;GH缺乏症患者同样是抑郁症的高发人群,癫痫患者抑郁症高发与GH缺乏有关,GH替代疗法可以改善患者的抑郁情绪和生活质量。GH治疗可以改善晚发抑郁症患者的抑郁情绪
[8]。然而,GH改善抑郁症状的机制尚不明确,GH作为抑郁症研究的一个内分泌靶点,有可能成为新的治疗手段。
本研究通过慢性束缚应激(chronic restraint stress,CRS)方法建立小鼠抑郁样模型,探讨CRS小鼠血清GH和胰岛素样生长因子Ⅰ(insulin-like growth factor-Ⅰ,IGF-Ⅰ)水平是否降低,观察皮下注射rh-GH干预后,小鼠的抑郁样行为是否所改善,血清GH和IGF-1表达水平是否升高,并采用Western blotting法检测海马突触蛋白1(Synapsin-1,SYN-1)表达水平是否增加,为进一步探讨GH作为抑郁症的治疗靶点提供了理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物、主要试剂和仪器
20只C57BL/6J小鼠购自吉林长春亿斯实验动物技术有限责任公司,动物生产许可证号:SCXK(吉)2023-0002。7~8周龄,体质量22~25 g。实验前1周将小鼠运至实验室,以适应新饲养环境。所有小鼠均在SPF级条件下饲养(温度22 ℃±1 ℃,设置12 h亮/暗循环的光照模式,模拟自然光的昼夜变化,上午7:00开灯,晚上19:00关灯)。每笼5只小鼠,自由摄取食物和水。本研究遵循动物福利和伦理原则,所有实验过程均获得了本院伦理委员会批准,伦理审批号:20220460。rh-GH(长春金赛药业),兔抗小鼠SYN-1抗体、兔抗小鼠GAPDH抗体和三羊抗兔IgG(美国Cell Signaling公司),BCA蛋白浓度测定试剂盒(美国Thermo Fishe公司),Western blotting超敏电化学发光 (electrochemiluminescence,ECL)底物试剂盒(美国Tanone公司),小鼠IGF-Ⅰ酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)试剂盒和小鼠GH-ELISA试剂盒(美国Millipore Sigma公司)。电泳仪(型号:1704150J1)和凝胶成像系统(型号:1708270)(美国Bio-Rad公司),小动物行为跟踪系统(型号:Ethovision XT)(荷兰Noldus公司)。
1.2 小鼠抑郁症模型的制备
根据文献[
9]的方法制备CRS小鼠抑郁症模型。CRS模型组(
n=30):将10只小鼠置于改造的通风良好的50 mL离心管内,每天3 h,每日1次,共2周,每日选取不同时间段,避免单一时间刺激使小鼠快速产生适应。对照组10只小鼠不进行特殊处理。在CRS模型组小鼠给予束缚应激期间,将对照组小鼠(
n=15)放置于相同的实验环境内,确保除束缚应激以外的其他因素相同。模型制备成功后取2组小鼠外周血,低温离心后,取血清保存于-80 ℃冰箱备用。
模型制备成功和药物治疗结束后均进行行为学检测。在所有行为学实验前,将小鼠提前30 min放置于实验室中适应环境。
1.3 糖水偏爱实验(sucrose perfection test,SPT)检测2组小鼠糖水偏好率
整个测试持续5 d,小鼠单笼饲养
[10]。第1天,在笼子的一侧分别放置质量相等的2瓶纯水,使小鼠适应测试环境。第2天,替换为质量相等的2瓶1%蔗糖水,以激发小鼠对甜味的偏好。第3天,放置等质量的1瓶纯水和1瓶1%蔗糖水,供小鼠自由选择。第4天,对小鼠进行24 h断水、断粮处理,以增强其在测试日对纯水和蔗糖水的需求。为避免位置偏好的干扰,每12 h需更换水瓶位置。第5天,上午10:00开始测试,共30 min。测试前后需分别称量水瓶质量,以计算糖水偏好率。糖水偏好率=蔗糖水消耗量/(纯水消耗量+蔗糖水消耗量)×100%。
1.4 悬尾实验(tail suspension test,TST)[11] 检测2组小鼠的悬尾静止时间
将小鼠尾部的后1/3段用胶带进行固定,悬挂在稳定的支架上,确保小鼠头部距离台面约20 cm。测试过程全程摄像,实验持续6 min,观察小鼠的行为,记录小鼠后4 min的不动时间,即小鼠悬尾静止时间。
1.5 旷场实验(open field test,OFT)检测2组小鼠5 min内总的移动距离和在中心区域停留的时间
根据文献[
12]方法,将实验小鼠取出,背对操作者置于旷场(50 cm×50 cm×40 cm)中心区域,同时启动小动物行为跟踪系统记录小鼠在旷场中的运动轨迹,统计小鼠在5 min内总的移动距离和在中心区域停留的时间。在2只实验小鼠测试之间,采用75%酒精对旷场彻底清洁和消毒,待旷场完全干燥后,再更换下一只小鼠进行实验,避免前一只小鼠的残留气味和尿液等信息对后续实验小鼠产生影响。
1.6 实验动物分组和给药处理
小鼠抑郁症模型制备成功后,30只CRS模型组小鼠随机分为GRS模型+生理盐水组和GRS模型+rh-GH组,每组15只。GRS模型+生理盐水组小鼠不特殊处理。CRS模型+rh-GH组小鼠每日皮下注射rh-GH(0.25 mg·kg-1),GRS模型+生理盐水组小鼠每日皮下注射等剂量生理盐水,共1个月。1个月后,尾静脉取2组小鼠的外周血,进行行为学检测(SPT、TST和OFT实验),所有行为学检测结束后,取小鼠海马组织以备后续实验使用。
1.7 ELISA法检测各组小鼠血清中GH和IGF-I水平
采用ELISA试剂盒,在酶标包被板上设置标准品孔和样本孔,标准品孔各加不同浓度的标准品,样品孔分别加空白孔和待测血清样品,每孔50 μL。每孔加入酶标试剂100 μL,空白孔除外。采用封板膜封板后置恒温箱37 ℃温育1 h,揭掉封板膜,弃去液体,用稀释的洗涤液洗涤5次。甩干水分后每孔加入显色剂(A 50 μL,B 50 μL)轻轻振荡混匀,37 ℃下避光显色15 min,每孔加终止液50 μL,终止反应。最后在450 nm 波长下依序测量各孔的吸光度(A)值,ELISA试剂盒检测小鼠血清中GH和IGF-1水平。
1.8 Western blotting法检测2组小鼠海马组织中SYN-1蛋白表达水平
小鼠麻醉后,迅速断头取脑,分离出小鼠海马组织,液氮中速冻,贮存于-80 ℃冰箱。提取蛋白时,先称量组织质量,每1 mg组织加入10 μL RIPA裂解液,研磨组织,使其充分裂解。经超声裂解、离心之后,取上清,采用BCA蛋白定量试剂盒检测蛋白浓度,将蛋白浓度校正到同一水平,加入相应的上样缓冲液,85 ℃煮10 min。12% SDS-PAGE分离之后,转到PVDF膜上。封闭后孵育一抗(SYN1,1∶10 000;GAPDH,1∶5 000),4 ℃过夜。含吐温的Tris缓冲盐溶液(Tris buffered saline with Tween, TBST) 洗膜5 min×3次, 室温下孵育二抗(HRP-IgG,1∶5 000)1 h,TBST溶液洗膜5 min×3次,显色。采用Image J软件分析2组样品各个条带灰度值,计算SYN-1蛋白表达水平,目的蛋白表达水平=目的蛋白条带灰度值/GAPDH蛋白条带灰度值。
1.9 统计学分析
采用SPSS 22.0统计软件进行统计学分析,采用GraphPad Prism 9.0软件绘图。2组小鼠的糖水偏好率、悬尾不动时间、OFT实验中小鼠5 min内的总移动距离和中心区域停留时间、血清中GH和IGF-Ⅰ水平、海马组织中SYN-1蛋白表达水平均符合正态分布,以x±s表示,2组间样本均数比较采用两独立样本t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 2组小鼠的抑郁样行为
与对照组比较,CRS模型组小鼠体质量明显降低(
P<0.01),SPT中糖水偏好率明显降低(
P<0.01),TST中不动时间明显延长(
P<0.01),OFT中小鼠的总移动距离差异无统计学意义(
P>0.05),而在中心区停留的时间明显缩短(
P<0.05),提示CRS可以在C57BL/6J小鼠中诱导出稳定的抑郁症模型。见
图1。
2.2 2组小鼠血清中GH和IGF-Ⅰ水平
与对照组比较,CRS模型组小鼠血清中GH和IGF-Ⅰ水平明显降低(
P<0.01)。见
图2。
2.3 rh-GH处理后小鼠的抑郁样行为
与GRS模型+生理盐水组比较,GRS模型+rh-GH组小鼠在SPT中糖水偏好率明显升高(
P<0.01),在TST中不动时间明显缩短(
P<0.05),在OFT中总移动距离差异无统计学意义(
P>0.05),在中心区域停留时间明显增加(
P<0.01)。见
表1。
2.4 生理盐水或rh-GH处理后2组小鼠血清中GH和IGF-Ⅰ水平
与CRS模型+生理盐水组比较,CRS模型+rh-GH组小鼠血清中GH和IGF-Ⅰ水平明显升高(
P<0.01)。见
图3。
2.5 生理盐水或rh-GH处理后2组小鼠海马组织中SYN-1蛋白表达水平
与GRS模型+生理盐水组(0.51±0.02)比较,GRS模型+rh-GH组小鼠海马组织中SYN-1蛋白表达水平(0.66±0.03)明显升高(
P<0.05)。见
图4。
3 讨 论
本研究结果显示:rh-GH对CRS诱导的小鼠抑郁症模型的抗抑郁作用,主要表现为rh-GH可使暴露于CRS的小鼠抑郁样行为(SPT、TST和OFT实验)得到改善,上调CRS模型组小鼠血清中的GH和IGF-Ⅰ水平,促进海马SYN-1蛋白表达水平的升高,提示rh-GH的抗抑郁作用可能与调节GH/IGF-Ⅰ轴及增加海马组织SYN-1蛋白的表达有关。
CRS模型是最接近人类在应激环境下发生抑郁症的动物模型之一,在小鼠中表现为快感缺失和行为绝望等抑郁样行为
[9]。本研究结果显示:暴露于CRS的小鼠表现为体质量明显降低,糖水偏好率明显降低,反映了小鼠发生快感缺失的抑郁样行为;在TST实验中的小鼠不动时间延长、在OFT实验中小鼠在中心区域停留时间缩短,小鼠表现出行为绝望和对新环境探索兴趣降低的抑郁样行为,与TANG等
[13]研究结果一致,表明抑郁症动物模型制备成功。本研究结果显示:CRS模型组小鼠血清中GH和IGF-Ⅰ水平较对照组明显降低,表明CRS使小鼠GH/IGF-Ⅰ轴发生改变,提示CRS模型可用于进一步探讨GH是否可作为抑郁症治疗靶点的研究;给予rh-GH干预后,模型组小鼠的糖水偏好率明显增加,TST实验中小鼠不动时间明显缩短,OFT实验中小鼠在中心区域的时间明显增加,提示rh-GH可以改善CRS模型小鼠的快感缺失和行为绝望等抑郁样行为及对新环境的探索兴趣,表明rh-GH具有一定的抗抑郁作用。然而,目前GH与抑郁症相关性的临床研究结果并不一致。研究
[8,14]显示:对于GH缺乏伴有抑郁的患者,给予GH治疗后,患者的抑郁症状得到改善,生活质量提高,可能与外周给予GH引起的中枢效应有关。研究
[15]显示:成年人抑郁症患者夜间GH分泌量减少,抗抑郁药物治疗后GH分泌量减少持续存在,可能是抑郁症的一个典型标志。青少年抑郁症患者的夜间GH分泌过剩,可能与外周GH分泌量减少有关
[16],其潜在机制可能与人类在应激反应开始时,血中GH水平急性升高,而应激系统的长期激活导致GH的分泌受到抑制,且随着年龄增长,抑郁症患者的内分泌紊乱逐渐发生了生理失调,不再能通过中枢调节外周GH水平的方式改善抑郁情绪。GH治疗对部分抑郁症患者有效,需进一步探讨GH与抑郁症发病机制及其抗抑郁的机制。
GH是由脑垂体前叶嗜酸性细胞分泌的一种相对分子质量为22 000的单一肽链蛋白质激素,GH可直接与靶组织中的细胞表面生长激素受体(growth hormone receptor,GHR)结合,刺激靶细胞的生长
[17]。GH与GHR结合后刺激肝脏合成和分泌IGF-Ⅰ,再经过IGF-Ⅰ作用于靶细胞介导其生物学效应
[18],GH和IGF-Ⅰ反馈性地抑制GH的分泌
[19]。而IGF-Ⅰ是情绪的关键调节激素之一
[20]。本研究结果显示:CRS模型小鼠血清中IGF-Ⅰ水平明显降低,而给予rh-GH治疗后,小鼠的抑郁样行为得到改善,同时血清中IGF-Ⅰ水平升高,表明rh-GH可能通过GH/IGF-Ⅰ轴参与了抑郁样行为的调节。动物实验
[21-22]显示:社会孤立抑郁模型大鼠血清中IGF-Ⅰ水平降低,皮下注射IGF-Ⅰ可改善小鼠快感缺失和行为绝望等抑郁样症状,与本研究结果一致,即rh-GH可通过调节GH/IGF-Ⅰ轴改善CRS模型小鼠的抑郁样行为。
IGF-Ⅰ作为一种神经营养因子,已被证实在神经保护和神经再生中发挥重要作用
[23-24]。抗抑郁药物5-羟色胺可激活5-羟色胺受体,促进海马组织中的IGF-Ⅰ释放,通过IGF-Ⅰ信号通路促进海马神经发生而产生抗抑郁作用
[24]。本研究检测了rh-GH干预后海马突触发生的重要标志物——SYN-1蛋白的表达情况,发现GRS模型+rh-GH组小鼠海马组织中SYN-1蛋白表达水平明显升高,表明rh-GH可能通过调节GH/IGF-Ⅰ轴,提高IGF-Ⅰ水平,增加小鼠海马组织中SYN-1蛋白表达水平实现抗抑郁样作用。
综上所述,本研究提供了rh-GH作为潜在抗抑郁治疗手段的初步证据。通过调节GH/IGF-Ⅰ轴和增加小鼠海马组织中SYN-1蛋白表达水平,rh-GH可能为抑郁症的治疗提供新的策略。然而,本研究的局限性在于缺乏对rh-GH作用机制的深入探讨,未来的研究需要进一步阐明rh-GH如何通过GH/IGF-Ⅰ轴影响神经发生和突触可塑性以及这些变化如何与行为改善相关。
吉林省科技厅青年成长科技项目(20230508161RC)