抑郁症是一种常见的精神障碍,已成为全球范围内的重要公共卫生问题
[1]。其特征包括情绪低落、兴趣丧失、认知功能下降等,严重影响患者的日常生活和社会功能,其发生机制涉及多种生物学通路的失调
[2, 3]。近年来,色氨酸代谢途径因其在调节神经递质合成、免疫反应及情绪稳定中的重要作用,成为研究热点。色氨酸(Trp)是合成神经递质5-羟色胺(5-HT)的前体,而5-HT被认为是调节情绪、睡眠和认知功能的主要神经递质之一
[4]。研究表明,色氨酸代谢紊乱可会导致5-HT合成减少,从而引发抑郁症状
[5]。此外,慢性应激和色氨酸代谢紊乱可激活炎症反应,尤其是NF-κB和NLRP3通路的持续激活已被证实参与抑郁的发生
[6, 7]。与此同时,神经营养因子如脑源性神经营养因子(BDNF)及其下游TrkB/CREB/AKT等信号轴的表达下降,也是抑郁症患者常见的病理特征
[8, 9]。上述机制之间存在密切的交互关系,提示从多通路协同调控角度出发,有望为抑郁症干预提供新的研究思路。
中医药复方因其多靶点综合调节优势在情绪障碍干预中展现出良好前景。栀子豉汤作为传统抗郁方剂,已有研究提示其可调节神经递质与炎症反应
[10]。栀子豉汤由栀子和豉豆等药材组成,具有清热解毒、调和气血、安神定志的功效
[11, 12]。文献表明,栀子豉汤可通过提高5-HT含量、改善神经递质平衡、抑制炎症反应及恢复BDNF及其下游通路,从而缓解抑郁症状
[11, 13]。例如,研究发现栀子豉汤提取物可通过提升5-HT含量、调节色氨酸代谢,从而改善抑郁模型大鼠的行为表现
[14];栀子中所含的总环烯醚萜类成分能够提升抑郁小鼠海马中5-HT水平,发挥抗抑郁作用
[15]。另有研究表明栀子豉汤通过抑制海马NLRP3活化,减少介素(IL-1β)、IL-18的释放,从而改善了突触损伤,增强神经可塑性,发挥抗抑郁作用
[16]。还有研究表明栀子豉汤可以通过BDNF-TrkB通路发挥抗抑郁功效
[17]。
尽管上述研究为栀子豉汤的抗抑郁作用提供了重要基础,但目前该方剂是否通过协调酸代谢通路–炎症–神经营养因子信号网络发挥抗抑郁作用,尚缺乏系统性研究。因此,本研究基于CUMS大鼠模型,综合行为学与分子机制层面,探讨栀子豉汤干预抑郁症的可能机制,以期为中医药干预抑郁症的多靶点机制研究提供新思路。
1 材料和方法
1.1 实验动物
本实验使用健康成年雄性SD大鼠,体质量200~250 g,在标准实验条件下饲养:室温22±2 ℃,相对湿度50%~60%,光照周期为12 h光/12 h暗。在实验开始前,大鼠进行为期7 d的适应性饲养。实验期间,大鼠可自由摄食和饮水,所有操作均遵循黑龙江中医药大学实验动物伦理委员会的规定(伦理批号:2025031125)。
1.2 药物与试剂
栀子豉汤为传统中药复方制剂,主要成分为栀子(华北制药股份有限公司)和豉豆(河南金禾中药材有限公司)。参考已有文献方法
[18],取栀子90 g,加入10倍体积水进行回流提取1 h,随后加入豉豆40 g继续回流提取1 h。提取液经过滤后,在65 ℃条件下旋转蒸发浓缩至相当于生药0.65 g/mL的提取液,置4 ℃冰箱中保存备用。氟西汀(Fluoxetine,北京华科生物科技有限公司)作为阳性对照药物。用于Western blotting、ELISA等检测的试剂均为市售产品。具体试剂包括:RIPA裂解缓冲液、BCA蛋白定量试剂盒(Beyotime Biotechnology);ELISA试剂盒(检测Trp、Kyn、5-HT、5-HIAA)(BioLegend);炎症因子ELISA试剂盒肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)(Thermo Fisher Scientific);抗体(TPH2、IDO、KMO、MAO-A、NF‑κB p65、p-p65、IκBα、p-IκBα、NLRP3、cleaved Caspase-1、TrkB、p-CREB、p-AKT、p-ERK、β-actin)(Abcam)。所有一抗均按照说明书推荐稀释倍数使用,具体如下:TPH2(1∶1000)、IDO(1∶1000)、KMO(1∶1000)、MAO-A(1∶1000)、NF-κB p65(1∶1000)、p-p65 (1∶1000)、IκBα(1∶1000)、p-IκBα(1∶1000)、NLRP3(1∶1000)、cleaved Caspase-1(1∶1000)、TrkB(1∶1000)、p-CREB(1∶1000)、p-AKT(1∶1000)、p-ERK(1∶1000)、 β-actin(1∶5000)。二抗均按1∶5000稀释使用。
1.3 造模及干预方法
采用慢性不可预见的轻度应激(CUMS)模型构建大鼠抑郁症模型
[16, 19, 20]。应激方式包括:饥饿处理24 h、强光照12 h、笼倾斜45°、湿垫料暴露(200 mL水+100 g垫料)、昼夜颠倒、夹尾(距尾端1 cm,持续1 min)、振荡摇笼(5 min)及噪声刺激等,每周交替实施,持续3周,确保模型的稳定性。应激后,观察大鼠是否表现出典型的抑郁症状,如体质量减轻、活动减少、饮食减少等。如果符合标准,则认定为成功构建抑郁症模型。模型建立成功后,大鼠随机分为5组(
n=10):正常组(Normal)、模型组(CUMS)、氟西汀组(FLU)、栀子豉汤低剂量组(LZZCD)和高剂量组(HZZCD)。在CUMS处理后,FLU组接受氟西汀(10 mg·kg
-1·d
-1)作为阳性对照,LZZCD组和HZZCD组则分别给予2 g·kg
-1·d
-1与10 g·kg
-1·d
-1栀子豉汤提取液,均采用灌胃方式,1次/d,连续干预4周。Normal组和CUMS组则同一时间通过灌胃给予等体积蒸馏水。所有灌胃均由同一名经规范培训的实验人员完成,采用温和固定并尽量缩短操作时间,以降低灌胃本身所致的附加应激。
1.4 观察指标与检测方法
实验结束后,对大鼠进行适当麻醉,然后通过颈动脉快速采血并立即离心分离血清样本,血清存放在-80 ℃冰箱中以供后续生化检测。接着,迅速解剖大鼠,取出脑组织(如海马、前额叶皮层等),立即用冷PBS冲洗干净,液氮冷冻保存用于后续研究。
1.4.1 强迫游泳实验(FST)
将大鼠置于高40 cm、宽20 cm的水池中,水深设置为30 cm,水温控制在23~25 ℃。每只大鼠在水池中进行单次游泳实验,持续时间为6 min,其中前2 min为适应期。记录后4 min内的大鼠不动时间与游泳时间。大鼠表现出不动时,定义为浮在水面不活动,主要由情绪应激引起。较长的不动时间通常指示抑郁样行为的表现。所有实验均采用盲法观察。
1.4.2 悬尾实验(TST)
将大鼠的尾巴用胶带粘附在竖直支撑杆上,使大鼠悬挂在空中,尾巴下方悬挂在空气中,保持自然体位。实验过程持续6 min,记录最后4 min大鼠的挣扎时间和不动时间。较长的不动时间表示抑郁行为增强。
1.4.3 自愿活动记录
使用自动活动监测系统记录大鼠在开放的活动箱中的行为。活动箱内安装红外线传感器,能够实时监测大鼠的活动轨迹。每只大鼠在活动箱中观察20 min,记录其活动次数和活动时间。活动减少反映抑郁样行为加重。
1.4.4 HE染色及脑组织损伤评分
取各组大鼠脑组织,经4%多聚甲醛固定、石蜡包埋,切片厚度为5 μm。切片经HE染色后,在光学显微镜下观察脑组织形态学变化。采用盲法对神经元排列紊乱、细胞变性、坏死及组织结构破坏等进行半定量评分(0~4分),分数越高表示损伤越严重。每只动物随机选取5个视野,由两名独立观察者评分取平均值。
1.4.5 Western blotting检测
Western blotting检测用于评估不同组大鼠海马中色氨酸代谢相关酶(TPH2、IDO、KMO)以及神经递质降解相关酶(MAO-A)的蛋白表达水平。大鼠海马组织冰上匀浆处理后使用RIPA裂解缓冲液提取总蛋白。蛋白浓度通过BCA法测定,并按相同浓度加载于SDS-PAGE凝胶中进行电泳分离。电泳后,转膜至PVDF膜(Millipore),并用5%脱脂奶粉封闭膜上的非特异性结合位点。随后,膜分别与以下一抗在4 ℃条件下孵育过夜:抗TPH2抗体、抗IDO抗体、抗KMO抗体、抗MAO-A抗体、抗NF‑κB p65抗体、抗磷酸化NF-κB p65抗体、抗IκBα抗体、抗磷酸化IκBα抗体、抗NLRP3抗体、抗cleaved Caspase-1抗体、抗TrkB抗体、抗磷酸化CREB抗体、抗磷酸化AKT抗体、抗磷酸化ERK抗体,以及抗β-actin抗体。孵育完成后,膜用TBS-T缓冲液洗涤3次,接着与HRP标记的山羊抗兔IgG二抗或山羊抗鼠IgG二抗孵育。通过ECL发光试剂盒显色,并在化学发光成像系统中获取蛋白条带图像。最终,使用ImageJ软件对蛋白条带进行灰度分析。
1.4.6 生化指标检测
首先,将收集的各组大鼠血液样本加入预涂有特异性抗体的ELISA板中。按照色氨酸代谢、神经递质及炎性因子ELISA试剂盒的说明书,进行孵育和显色反应。对于色氨酸代谢水平的检测,将大鼠血清样本加入ELISA板中,按照试剂盒的操作步骤孵育并显色反应。接着,针对神经递质水平检测,处理各组大鼠海马组织样本,加入ELISA板中,按照相应的试剂盒步骤进行孵育和显色反应。炎症因子检测同样采用ELISA方法,将血清、海马及前额叶皮层中的样本加入ELISA板,按照炎性细胞因子ELISA试剂盒说明书操作,测定TNF-α、IL-6和IL-1β的浓度。最后,BDNF的检测也通过相似的方法进行,将大鼠脑组织样本加入ELISA板并按照试剂盒说明操作。最后,所有实验使用酶标仪读取各孔的吸光度A450 nm值。根据标准品的A值绘制标准曲线,计算各血清和脑组织样本中相应生化指标(如Trp、Kyn、5-HT、5-HIAA、TNF-α、IL-6、IL-1β和BDNF)的浓度。
1.5 统计学分析
使用统计软件GraphPad Prism 8.0进行统计分析和作图。两组间比较采用t检验,多组数据间的比较采用单因素方差分析,并采用Tukey检验进一步对多组间进行两两比较。所有实验数据以均数±标准差表示,P<0.05表示差异具有统计学意义。为确保实验设计具有足够的统计效能,本研究参考主要行为学指标(如强迫游泳实验中的不动时间),预估组间效应量(Cohen's d)为1.2。结合α=0.05、检验效能=0.8的设定,使用G*Power 3.1软件进行样本量估算,结果提示每组最少需8只大鼠。考虑动物实验中可能的个体差异与脱落率,最终每组设定为10只动物。
2 结果
2.1 栀子豉汤对抑郁样行为的调节作用
通过行为学分析CUMS大鼠的活动表现(图1A~C)。与Normal组相比,CUMS组大鼠表现出显著抑郁样行为,具体表现为FST和TST中不动时间延长,游泳与挣扎时间减少,活动次数及活动时间下降(P<0.01)。与CUMS组比较,FLU组、LZZCD组和HZZCD组的行为学指标均显著改善(P<0.01),其中HZZCD组效果最为显著,其行为活性接近FLU组。同时,HZZCD组在自愿活动测试中的活动次数与活动时间亦高于LZZCD组(P<0.01),提示其抗抑郁作用具有剂量依赖性。
2.2 栀子豉汤对CUMS大鼠脑组织病理学改变的影响
采用HE染色观察各组大鼠脑组织形态(图2A)。Normal组大鼠脑组织结构完整,神经元形态正常;CUMS组出现明显的神经元排列紊乱、细胞稀疏和结构损伤,损伤评分显著升高(P<0.01)。与CUMS组比较,FLU组、LZZCD组和HZZCD组脑组织结构明显改善,神经元排列较为规则,损伤程度减轻,损伤评分显著下降(P<0.01)。其中,HZZCD组改善最为显著(P<0.01,图2B)。
2.3 栀子豉汤对海马组织神经递质合成酶及色氨酸代谢相关酶表达的调节作用
Western blotting结果(
图3)显示,CUMS组大鼠海马组织中CUMS 组大鼠海马组织中 IDO、KMO 和 MAO-A 的蛋白表达水平均较 Normal 组显著上调(
P<0.01),而神经递质合成限速酶 TPH2 的表达显著下调(
P<0.01),提示慢性应激促进色氨酸经犬尿氨酸通路代谢并加速神经递质降解,从而导致5-HT合成减少。经药物干预后,TPH2的表达升高(
P<0.01),而IDO、KMO 和 MAO-A 的表达水平均明显下降(
P<0.01)。其中,HZZCD 组在促进 TPH2上调及抑制 IDO异常升高方面的改善幅度大于 LZZCD 组,而在 KMO 与 MAO-A 水平上,HZZCD 与 LZZCD 组间未见显著差异,二者均较 CUMS 组呈明显下降(
P<0.01)。总体来看,HZZCD 的调节作用在部分指标上优于 LZZCD。
2.4 栀子豉汤对色氨酸代谢产物及神经递质水平的影响
检测CUMS大鼠血清及海马组织中关键代谢物和神经递质的含量(
图4A、B)。与Normal组相比,CUMS组大鼠血清中Trp和5-HT水平显著下降(
P<0.01),而 Kyn水平显著升高(
P<0.01)。经药物干预后,FLU、LZZCD及HZZCD 组Trp和5-HT水平显著上升(
P<0.01),而Kyn水平显著下降(
P<0.01),其中 HZZCD 组恢复程度最为明显,接近FLU 组水平。进一步分析海马组织中5-HT及其代谢产物5-HIAA(
图4B)亦显示:CUMS组上述指标显著降低,而栀子豉汤干预可显著逆转该变化,HZZCD组提升幅度最大(
P<0.01)。
2.5 栀子豉汤通过抑制NF-κB/NLRP3炎症信号通路下调炎症因子水平
ELISA结果显示,CUMS组大鼠血清、海马及前额叶皮层中TNF-α(
图5A)、IL-6(
图5B)及IL-1β(
图5C)浓度显著升高(
P<0.01),提示炎症反应显著增强。与模型组相比,FLU、LZZCD及HZZCD干预均可显著降低上述炎症因子水平(
P<0.01),且HZZCD组抗炎效果最佳(
P<0.01)。
Western blotting结果显示,CUMS组大鼠脑组织中NF-κB通路关键蛋白(p65、p-p65、p-IκBα)和NLRP3炎症小体相关蛋白(NLRP3、cleaved Caspase-1)表达显著上调,IκBα表达下调(
P<0.01),HZZCD组作用最明显(
图6)。
2.6 栀子豉汤对脑源性神经营养因子及其下游通路的调节作用
CUMS组大鼠海马组织中的BDNF水平显著低于Normal组(P<0.01),而干预组均呈显著上调趋势,HZZCD组较LZZCD组提升幅度明显(P<0.01,图7A)。此外,相比Normal组,CUMS组TrkB、p-CREB、p-AKT、p-ERK蛋白水平下调,而干预组均显著上调,且HZZCD组比LZZCD组上调更明显(图7B、C)。
3 讨论
抑郁症是全球范围内常见的精神障碍,其发生机制复杂,涉及神经递质系统的失调、炎症反应的过度激活以及神经营养因子的减少等多方面因素
[21-23]。近年来,越来越多的研究揭示,色氨酸代谢途径在抑郁症的病理过程中的关键作用。色氨酸不仅是合成5-HT的前体,还可转化为犬尿氨酸及其代谢产物,参与神经递质平衡调控
[24, 25]。因此,调节色氨酸代谢被认为是治疗抑郁症的潜在策略之一。已有研究报道栀子豉汤的抗抑郁作用及其与色氨酸代谢的相关性,但本研究的创新之处在于首次在统一的CUMS大鼠模型中系统整合了“色氨酸代谢–炎症反应–BDNF信号”三条通路的完整证据链,并比较了不同剂量的药效差异,为栀子豉汤的多靶点协同抗抑郁机制提供了系统验证。本研究基于CUMS大鼠抑郁症模型,探讨了栀子豉汤对色氨酸代谢途径及神经递质水平的调节作用,并评估其改善抑郁症状的潜力。研究结果表明,栀子豉汤显著改善了CUMS大鼠的抑郁样行为,恢复了色氨酸代谢产物的平衡,并调节了炎症反应和神经营养因子的水平。
首先,本研究发现栀子豉汤能够显著减少CUMS大鼠的不动时间,增加其游泳和挣扎时间,同时提高活动次数和活动时间。动物行为学的改善表明,栀子豉汤具有显著的抗抑郁作用。与传统抗抑郁药氟西汀相比,栀子豉汤在改善抑郁症状方面表现出了同等甚至更优的效果,特别是在高剂量组中。不动时间的减少和活动水平的提高进一步表明栀子豉汤具有调节情绪和恢复正常活动的作用。同时,HE染色结果显示CUMS大鼠脑组织存在显著的神经元排列紊乱和结构损伤,而栀子豉汤干预可明显改善上述病理学改变并降低损伤评分。这一组织学证据与行为学及分子水平结果相互印证,进一步支持栀子豉汤的抗抑郁作用。类似的效果也曾在其他研究中得到验证,例如,栀子豉汤被发现能够通过调节大脑的神经递质系统来减轻由应激引发的抑郁行为
[11, 26]。其次,Western blotting分析结果表明,栀子豉汤能够调节脑组织中色氨酸代谢相关酶(TPH2、IDO、KMO)和神经递质降解酶(MAO-A)的表达。栀子豉汤显著提高了TPH2的表达,降低了IDO和MAO-A的表达,提示其通过促进5-HT合成、抑制犬尿氨酸途径与神经递质降解,恢复了5-HT系统的功能。色氨酸代谢的失调,特别是5-HT的合成减少和MAO-A的过度活跃,被认为是抑郁症的主要病理机制之一
[27, 28]。结果表明,栀子豉汤通过调节色氨酸代谢途径,有助于恢复神经递质平衡,改善抑郁症状。
此外,栀子豉汤还在炎症反应中发挥了关键作用。研究表明,抑郁症患者常常伴随有慢性低度的全身性炎症反应,血清中TNF-α、IL-6和IL-1β等炎症因子的水平显著升高
[29]。CUMS大鼠的炎症因子水平与抑郁行为的发生密切相关。本研究结果显示,栀子豉汤可显著下调 NF-κB p65、p-p65、p-IκBα、NLRP3 及cleaved-Caspase-1 的异常升高,并恢复 IκBα 的表达水平,表明其对 NF-κB/NLRP3 相关炎症反应具有明显的改善作用。特别是在高剂量组,上述炎症相关蛋白的调节幅度更为突出。这表明,栀子豉汤通过抑制神经炎症反应,可能有助于减轻应激引发的抑郁症状。类似的研究也发现,传统中药通过调节免疫系统和抑制炎症反应来改善抑郁症状
[30, 31]。
栀子豉汤在调节神经营养因子方面的作用也是本研究的一个重要发现。BDNF在神经保护和神经可塑性过程中发挥重要作用
[32, 33]。研究表明,抑郁症患者常表现出BDNF水平的下降,而BDNF的缺乏可能导致神经退行性变化,进而加重抑郁症状
[34, 35]。BDNF通过结合其高亲和力受体TrkB激活多个下游信号通路,包括三大经典通路PI3K/AKT通路、Ras/ERK通路和PLCγ/PKC/CREB通路,在调节神经元存活与分化、轴突生长与突触可塑性中发挥重要作用
[36]。本研究结果表明,栀子豉汤能够显著提高CUMS大鼠脑组织中BDNF的水平,同时提高BDNF通路相关蛋白TrkB、p-CREB、p-AKT和p-ERK的水平。尤其在高剂量组中,BDNF及其下游通路蛋白水平明显高于CUMS组,并接近或超过氟西汀组。这进一步表明栀子豉汤通过增强神经保护作用和促进神经重塑,有助于恢复抑郁症患者的神经功能。值得注意的是,氟西汀作为SSRI类抗抑郁药,其多靶点作用机制已被证实:不仅改善色氨酸代谢,促进5-HT合成,还可抑制NF-κB炎症通路,并上调BDNF/TrkB/CREB信号通路
[37-39]。本研究中氟西汀组的结果亦与这些机制相符。与之相比,栀子豉汤在高剂量下表现出类似甚至更优的作用趋势,提示其在抗抑郁机制上具有与经典药物相当的潜力。
尽管已有文献分别报道了栀子豉汤在调节5-HT系统
[14, 15]、抑制NLRP3炎症反应
[16]以及上调BDNF-TrkB信号方面的作用
[17],但这些研究多为单通路或单靶点验证。本研究的价值在于首次在同一CUMS抑郁症模型框架下,系统性地整合和验证了“色氨酸代谢—炎症—神经营养因子”三大关键通路的协同调控效应。该整合性研究不仅揭示了栀子豉汤在多条信号轴交叉点发挥的复合作用机制,也为理解其多靶点抗抑郁效应提供了更全面的视角。这种从多通路相互作用出发的研究模式,超越了以往局限于单一通路的研究范式,为阐释中药复方治疗抑郁症的整体优势提供了新的科学证据。
本研究存在以下局限性。首先,仅选用雄性SD大鼠建立CUMS模型,未纳入雌性动物,可能限制结果的性别普适性。 未来研究应比较不同性别对栀子豉汤的反应差异。其次,本研究未结合中医证候模型,难以体现辨证施治的个体化特征。后续可考虑引入经验证的证型模型(如肝郁气滞、心脾两虚),并设置相关行为和分子终点,开展剂量—证型匹配与干预时程研究,以提高临床转化价值。再次,行为学评估主要集中在绝望样行为和自主活动,尚未涵盖认知与学习能力等维度。 可进一步采用Morris水迷宫、新物体识别等实验以完善行为谱。最后,栀子豉汤作为多成分复方,其抗抑郁机制可能涉及多条通路的综合作用,仍需通过特定分子靶点抑制剂进一步验证。此外,其长期疗效、剂量依赖性及安全性亦有待更大规模的临床研究证实。
栀子豉汤通过调节色氨酸代谢途径、神经递质合成、炎症反应及神经营养因子信号通路,显著改善了CUMS大鼠的抑郁行为和脑组织病理改变,具有潜在的抗抑郁作用。其多靶点综合效应为中药复方干预抑郁症提供了实验依据,未来研究应进一步阐明其活性成分及作用机制,为临床应用奠定基础。
国家自然科学基金青年资助项目(82004245)