應激對成年海馬神經(jīng)發(fā)生的影響

1、應激對成年海馬神經(jīng)發(fā)生的影響 10-02-05 09:18:00 作者：肖娟娟編輯：studa20【關鍵詞】 神經(jīng) 近年來越來越多的研究表明成年中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的神經(jīng)干細胞能不斷地增殖分裂產(chǎn)生新的神經(jīng)元，即在成年CNS仍存在神經(jīng)發(fā)生（neurogenesis）。側腦室的室管膜下區(qū)和海馬齒狀回的顆粒細胞下層是腦中兩個主要的神經(jīng)發(fā)生的區(qū)域。海馬齒狀回部位終生保持了生成新神經(jīng)元的能力，在正常成年動物，每天有數(shù)以千計的新神經(jīng)元形成。神經(jīng)發(fā)生受到包括應激在內的多種因素的影響，這些區(qū)域的新生神經(jīng)元會遷移，側腦室的室管膜下區(qū)，大概在28d后幾乎都遷移到嗅球，而海馬齒狀回的顆粒細胞下層的新生細胞部分遷移

2、到顆粒細胞層，分化為顆粒細胞，產(chǎn)生樹突、軸突，形成突觸聯(lián)系，整合到海馬功能的神經(jīng)環(huán)路中，參與海馬的學習記憶等功能活動。我們結合近年來研究進展就應激對成年海馬神經(jīng)發(fā)生的影響作一綜述。 1 海馬區(qū)的神經(jīng)發(fā)生 從結構上講, 海馬可分為海馬回和齒狀回(dentategyrus, DG) 兩個部分。前者包括CA1、CA2、CA3、CA4 四部分, 主要由一些錐體神經(jīng)元組成；后者則基本由顆粒細胞構成。早在20世紀60年代，采用3H胸腺嘧啶核苷標記方法就發(fā)現(xiàn)在成年大鼠海馬、大腦皮質以及嗅球存在著神經(jīng)發(fā)生現(xiàn)象。但是由于沒有有力的證據(jù)證明新產(chǎn)生的細胞是神經(jīng)元而非膠質細胞，并且具有神經(jīng)元的相關功能，神經(jīng)發(fā)生這一說

3、法備受爭議，在隨后的20年間神經(jīng)發(fā)生這一現(xiàn)象似乎被遺忘了。直到90年代隨著技術方法的改進，成年腦神經(jīng)發(fā)生進一步得到證實。大鼠、猴子以及人類的神經(jīng)細胞均具有終身增殖的能力，其增殖主要位于兩個重要的腦區(qū)：海馬齒狀回和室管膜下區(qū)。各種細胞類型的分子克隆和免疫識別的新進展也證明了在成年哺乳類腦內存在著神經(jīng)發(fā)生。新神經(jīng)元產(chǎn)生于哺乳類和人類腦的兩個腦區(qū)，即室下區(qū)和齒狀回的顆粒下區(qū)。齒狀回內新產(chǎn)生的顆粒神經(jīng)元對學習與記憶很重要。新神經(jīng)元來源于前體細胞，在細胞培養(yǎng)和組織原位中也轉化為星形膠質細胞和少突膠質細胞的前體細胞。 早期研究利用3H胸腺嘧啶核苷標記分化細胞，其在細胞周期的S期能摻入進復制的DNA中通過放

4、射自顯影檢測出來。后來用人工合成的BrdU（5溴3脫氧尿嘧啶核苷）取代了3H胸腺嘧啶核苷，BrdU是胸腺嘧啶脫氧核苷的類似物，胸腺嘧啶的堿基嘧啶環(huán)與5位C原子連接的甲基被Br取代，當細胞處于DNA合成期而同時有BrdU存在時，BrdU就摻入到新合成的DNA中，BrdU用免疫細胞化學方法就能檢測。這種技術通過改變BrdU注射和動物處死之間的時間差可以對新生細胞的增殖、分化、存活進行定量分析。由于BrdU有潛在的毒性作用，后來人們又找到其它的標記物，如增殖細胞核抗原（PCNA，DNA聚合酶的輔因子）和Ki67（反映腫瘤增殖的標記物）作為反映細胞增殖的良好指標1。 在海馬的齒狀回顆粒下區(qū)，神經(jīng)前體細

5、胞增殖分裂產(chǎn)生新的顆粒細胞，新產(chǎn)生的細胞在分化成熟期進入顆粒細胞層，其軸突越過海馬裂與CA3區(qū)錐體神經(jīng)元樹突發(fā)生突觸聯(lián)系，整合到海馬的基本突觸回路中，參與海馬的功能活動。有報道顯示，在哺乳動物的其它腦區(qū)，如大腦皮質2、胼胝體下區(qū)3、紋狀體4、杏仁核、黑質5等也可能存在較低水平的神經(jīng)發(fā)生。歸納起來可以將成年海馬齒狀回的神經(jīng)發(fā)生分為5個時相6，7（圖1），在不同時相可有不同的細胞標記物進行標記8。增殖期：齒狀回顆粒下區(qū)新產(chǎn)生的前體細胞增殖產(chǎn)生過渡性放大細胞，表達神經(jīng)膠質酸性蛋白（GFAP）和nestin9，10。有報道認為，海馬中能夠增殖并具有多潛能分化能力的前體細胞不能自我更新和無限增殖，因此海

6、馬外的干細胞可能產(chǎn)生前體細胞遷移至亞顆粒細胞層，繼而增殖分化為新的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞11。分化期：過渡性放大細胞開始分化，分化早期的細胞nestin陽性而GFAP陰性，具有高分化能力12。向神經(jīng)元方向分化的細胞表達NeuroD（神經(jīng)源性分化因子），分化末期，細胞短暫表達doublecortin和PSANCAM（多唾液酸神經(jīng)細胞黏附分子）12，13。 遷移期：未成熟的神經(jīng)元表達doublecortin和PSANCAM，經(jīng)過短距離遷移到齒狀回顆粒細胞層。軸樹突靶向期：未成熟的神經(jīng)元伸出樹突進入齒狀回分子層，軸突延伸投射到CA3區(qū)錐體細胞。此時新生神經(jīng)元開始進入有絲分裂后期短暫性表達鈣結合蛋白ca

7、lretinin和神經(jīng)元標記物NeuN（神經(jīng)元特異性核蛋白）14，15。突觸整合期：在此期新生顆粒細胞的突觸整合進入海馬結構網(wǎng)絡中，并與內嗅皮質神經(jīng)元形成突觸聯(lián)系接收到信息，然后再把信息輸送到CA3及門區(qū)。新生神經(jīng)元有絲分裂23周后，會轉而表達成熟神經(jīng)元標記物calbindin（鈣結合蛋白,在所有成熟顆粒神經(jīng)元中均有表達），同時表達NeuN14。 圖1 海馬齒狀回神經(jīng)發(fā)生的5個時相及標記物 采用BrdU免疫組化方法可發(fā)現(xiàn)成年大鼠的DG 區(qū)每天可生成數(shù)千個新神經(jīng)元，其存活的半衰期大約為28d。且嚙齒類動物和恒河獼猴海馬DG 區(qū)的神經(jīng)發(fā)生隨年齡增加而降低。而激素、神經(jīng)遞質、細胞因子、環(huán)境、應激等多

8、種因素也影響著成年海馬的神經(jīng)發(fā)生。 2 應激對海馬神經(jīng)發(fā)生的影響 2.1 應激 應激是Hans Selye于20世紀30年代提出的一種在受到內外環(huán)境劇變的刺激時,機體出現(xiàn)的綜合應答狀態(tài),包括精神、神經(jīng)、內分泌和免疫等方面的反應。當內環(huán)境的穩(wěn)定受到威脅時，機體對應激源產(chǎn)生特異性和（或）非特異性反應，使機體維持在新穩(wěn)態(tài)，新穩(wěn)態(tài)如果繼續(xù)被破壞，則將進一步發(fā)展直至該系統(tǒng)崩潰，在其它系統(tǒng)內再尋求穩(wěn)態(tài)。實際上應激是個體與環(huán)境間的復雜互動過程，它涉及到應激源、應激反應、以及整個應急系統(tǒng)的各種因素間的相互作用。當機體感受到應激源時,首先激活自主神經(jīng)系統(tǒng)引起交感副交感系統(tǒng)的興奮使終末器官產(chǎn)生應激反應構成應激反應

9、的初時相，若應激持續(xù)繼而激活神經(jīng)內分泌系統(tǒng)，進入應激反應的中間時相，激起腎上腺髓質釋放兒茶酚胺引起“戰(zhàn)斗或逃跑反應”使機體得以應付威脅或危險，最后應激反應的后時相是內分泌系統(tǒng)被激活，刺激垂體和腎上腺皮質釋放各種激素以適應應激。整個過程的主要神經(jīng)內分泌改變由藍斑去甲腎上腺素能神經(jīng)元（LCNE）/交感腎上腺髓質軸（SAM）和下丘腦垂體腎上腺皮質軸（HPA）的強烈興奮引發(fā)，使機體出現(xiàn)各種生理變化和外部表現(xiàn)（圖2）。SAM系統(tǒng)的強烈興奮主要參與調控機體對應激的急性反應，使機體處于一種喚醒狀態(tài)，其調節(jié)部位主要位于腦干藍斑及其相關的去甲腎上腺素能神經(jīng)元。HPA軸被激活，下丘腦室旁核的神經(jīng)元分泌促腎上腺皮質

10、激素釋放激素（CRH/CRF）和血管加壓素（AVP），它們繼而刺激垂體前葉分泌促腎上腺皮質激素（ACTH），ACTH促進腎上腺皮質合成和分泌糖皮質激素（GC）。嚙齒類動物腎上腺皮質分泌的主要糖皮質激素是皮質酮，而在人類是皮質醇。 圖 2 應激系統(tǒng)主要作用點及重要介質效應示意圖 2.2 應激與海馬的聯(lián)系 海馬是HPA軸的負反饋調節(jié)中樞，參與了應激過程HPA 軸的抑制性調節(jié)。海馬上有豐富的糖皮質激素受體，應激狀態(tài)下過量的糖皮質激素與海馬上的糖皮質激素受體結合，使得海馬得到信息發(fā)出負反饋指令，抑制HPA軸的活性，降低體內過高的糖皮質激素水平，從而使機體的激素水平維持穩(wěn)態(tài)。有研究發(fā)現(xiàn)海馬中的糖皮質激素

11、受體表達最高，因此對應激反應非常敏感且易損。任何內在的或者外在的環(huán)境的改變，只要打破了機體內環(huán)境的平衡都能引發(fā)一系列的神經(jīng)反應去適應這種新的變化。當機體處于應激狀態(tài)時，激活HPA軸，引起糖皮質激素的釋放增加，它們影響著機體的新陳代謝、認知過程和情感表達尤其是引起恐懼和焦慮，為防止糖皮質激素水平的過量對機體造成損害，下丘腦垂體腎上腺軸（HPA）通過對其變化敏感的海馬進行負反饋調節(jié)16。 2.3 應激與海馬神經(jīng)發(fā)生 許多基礎和臨床研究顯示應激改變神經(jīng)元形態(tài)，使海馬錐體神經(jīng)元的樹突萎縮，降低海馬齒狀回前體細胞增殖，致齒狀回神經(jīng)發(fā)生受損1719。動物模型的研究發(fā)現(xiàn)海馬是對應激及應激激素極為敏感和易損的

12、腦區(qū)，海馬結構中的神經(jīng)元對于有害應激最為敏感。應激抑制齒狀回顆粒細胞的神經(jīng)再生，且反復的應激會導致 CA3 區(qū)樹突的重塑，此區(qū)是記憶加工的重要區(qū)域，從而可能損傷記憶。根據(jù)應激源持續(xù)時間的長短可將應激分為急性應激和慢性應激：急性，暴露于單一的、交替的和有限時間的應激源中；慢性，長時間暴露于復合的、交替的應激源中。新有報道給予致炎細胞因子 IL1beta 或者急性應激時海馬細胞的增殖受到了抑制，而阻斷 IL1beta 受體，就阻斷了應激導致的抗神經(jīng)發(fā)生效應20。將大鼠置于自限性應激中26h其齒狀回前體細胞的增殖并無改變，且 PSANCAM 的表達也無變化說明此急性自限性應激對海馬神經(jīng)發(fā)生無顯著性改

13、變，但是自限性應激持續(xù)3周后其齒狀回前體細胞的增殖能力大大降低。慢性應激大多抑制神經(jīng)發(fā)生。慢性應激或給予糖皮質激素21d可改變海馬、杏仁體和前腦皮質神經(jīng)元的形態(tài)，抑制 DG 的神經(jīng)發(fā)生。研究者使樹鼩接受爭奪領地的社會心理應激后發(fā)現(xiàn)處于弱勢的樹鼩海馬體積減小神經(jīng)發(fā)生降低21，而出生前接受應激的大鼠其成年海馬神經(jīng)發(fā)生會下降，還伴隨有行為上的焦慮、海馬 HPA 軸的亢進以及學習能力的降低，同樣接受此種應激的恒河獼猴情緒性行為也加劇22。近來已被證實能導致類似抑郁癥癥狀的慢性溫和性應激，也致使成年大鼠海馬新生細胞的存活減少，不過其增殖沒有受到影響23。慢性心理社會應激引起應激激素水平的明顯升高，且明顯

14、地抑制新形成的海馬顆粒細胞的增殖率和存活率。許多研究表明應激導致精神抑郁，減少神經(jīng)發(fā)生，而給予抗抑郁治療能夠阻斷這種影響。 也有報道應激能促進成年海馬的神經(jīng)發(fā)生。早在1976年，Selye就提出了良性應激的概念。許多臨床上有效的應激，憂郁癥緩沖劑和神經(jīng)發(fā)生的強力刺激劑之一是自主簡單的體育鍛煉，例如跑步。與上述研究結果不同的是，跑步的動物，雖然其循環(huán)應激激素水平升高，但是神經(jīng)發(fā)生非但沒有受到抑制反而加倍24。有些研究也發(fā)現(xiàn)，應激可導致海馬神經(jīng)元增加。Lucassen PJ25等研究顯示，給予樹鼩28d慢性心理社會應激可導致樹鼩海馬CA1區(qū)域神經(jīng)元細胞凋亡減少，CA3區(qū)域神經(jīng)元細胞凋亡增加，海馬神

15、經(jīng)元細胞凋亡在總體上減少。劉能保等26，給予大鼠慢性復合應激后，其海馬結構齒狀回CA3和CA1區(qū)細胞密度均明顯地高于對照組。周艷玲等給予成年雄性大鼠長達42d的復合應激后發(fā)現(xiàn)海馬齒狀回前體細胞增殖增多，新生神經(jīng)元標記物DCX的表達也增加，這種應激可能促進了成年海馬的神經(jīng)發(fā)生27，28。這種差異的造成可能和應激的給予方式及實驗動物不同有關。 2.4 應激影響神經(jīng)發(fā)生的機制 不同的應激對神經(jīng)發(fā)生產(chǎn)生了不同的影響，它們的影響機制目前尚不明確。有報道認為其可能跟應激引起了體內激素的變化有關。機體處于應激狀態(tài)時體內激素水平會發(fā)生變化，腎上腺皮質酮是嚙齒類動物體內首個被認為能影響海馬神經(jīng)發(fā)生的內源性復合物

16、，目前已廣泛認為它能調節(jié)齒狀回神經(jīng)細胞的增殖和分化29。如果維持大鼠體內皮質酮的增加會導致神經(jīng)發(fā)生的降低，相反，若手術切除腎上腺則神經(jīng)發(fā)生會增加。給予動物過量的皮質激素會降低前體細胞的生成和存活30，成年雄性大鼠連續(xù)21d給予內源性糖皮質激素也能引起海馬神經(jīng)元樹突的重塑。反復的慢性應激導致糖皮質激素和 CRF 的過度分泌，使糖皮質激素介導的負反饋抑制降低。在易損的個體中，慢性應激還使 HPA 軸反應長效持續(xù)從而引起焦慮和抑郁的精神問題。另外也有報道，長時間適度的皮質酮水平的升高可能并不會對貯食鳥類的海馬結構和神經(jīng)發(fā)生率產(chǎn)生有害影響，并且實際上增強了貯食鳥類的空間記憶能力31。動物長期處于慢性復

17、合應激狀態(tài)下時，一方面對應激漸適應，另一方面其 HPA 軸始終保持一定張力，使循環(huán)皮質酮水平維持中等程度的升高，從而激活海馬內的糖皮質激素受體, 產(chǎn)生負反饋抑制，使海馬的突觸可塑性增強，促進神經(jīng)發(fā)生。動物的慢性應激或抑郁引起海馬功能減退，神經(jīng)發(fā)生相對地下調，部分是由于下丘腦垂體腎上腺軸以及谷氨酸能和5羥色胺能網(wǎng)絡的活動引起的。而且，除了興奮性谷氨酸和5羥色胺網(wǎng)絡，其 HPA 軸也會被部分激活?？挂钟羲幠茈S時間延長而扭轉這些效應32。 除了激素的變化外，應激可使外周、中樞各種細胞分子發(fā)生變化, 影響神經(jīng)元的活性及神經(jīng)回路的膜蛋白的結構和功能。新有研究發(fā)現(xiàn) IL1beta 是急慢性應激所致抗神經(jīng)發(fā)

18、生和似抑郁行為的重要介質，海馬神經(jīng)前體細胞表達 IL1beta 受體，這種受體的激活通過核因子 kappaB 信號途徑降低細胞的增殖。Deisseroth K 等人研究認為應激的活動興奮作用是通過增生的前體細胞上 Ca(v)1.2/1.3 (Ltype) Ca(2+) 通道和 NMDA 受體而感受到的。這個通道產(chǎn)生的興奮作用抑制神經(jīng)膠質細胞命運基因Hes1 和 Id2 的表達，并增加 Neuro D（一種主動調節(jié)神經(jīng)元分化的因子）的表達，促進前體細胞向神經(jīng)元方向分化33。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)在腦內分布非常廣泛, 參與神經(jīng)元生長及功能的正常維持，在 LTP 和學習中都扮演重要角色。應激或接受糖皮質激素治療的患者 BDNF 減少。這主要與皮質類固醇激素可抑制 BDNF 的表達有關。Adlard 等34 發(fā)現(xiàn)運動可提高海馬 BDNF 的表達, 從而減輕應激所造成的負效應, 如認知下降、抑郁等, 認為自愿的體力鍛煉是一種維持腦內 BDNF 水平的簡單