應(yīng)激對成年海馬神經(jīng)發(fā)生的影響

1、應(yīng)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(guān)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(xì)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(cè)腦室的室管膜下區(qū)和海馬齒狀回的顆粒細(xì)胞下層是腦中兩個(gè)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(dòng)物，每天有數(shù)以千計(jì)的新神經(jīng)元形成。神經(jīng)發(fā)生受到包括應(yīng)激在內(nèi)的多種因素的影響，這些區(qū)域的新生神經(jīng)元會(huì)遷移，側(cè)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(xì)胞下層的新生細(xì)胞部分遷移

2、到顆粒細(xì)胞層，分化為顆粒細(xì)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(xué)習(xí)記憶等功能活動(dòng)。我們結(jié)合近年來研究進(jìn)展就應(yīng)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(jié)構(gòu)上講, 海馬可分為海馬回和齒狀回(dentategyrus, DG) 兩個(gè)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(xì)胞構(gòu)成。早在20世紀(jì)60年代，采用3H胸腺嘧啶核苷標(biāo)記方法就發(fā)現(xiàn)在成年大鼠海馬、大腦皮質(zhì)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(xì)胞是神經(jīng)元而非膠質(zhì)細(xì)胞，并且具有神經(jīng)元的相關(guān)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(shù)方法的改進(jìn)，成年腦神經(jīng)發(fā)生進(jìn)一步得到證實(shí)。大鼠、猴子以及人類的神經(jīng)細(xì)胞均具有終身增殖的能力，其增殖主要位于兩個(gè)重要的腦區(qū)：海馬齒狀回和室管膜下區(qū)。各種細(xì)胞類型的分子克隆和免疫識(shí)別的新進(jìn)展也證明了在成年哺乳類腦內(nèi)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(gè)腦區(qū)，即室下區(qū)和齒狀回的顆粒下區(qū)。齒狀回內(nèi)新產(chǎn)生的顆粒神經(jīng)元對學(xué)習(xí)與記憶很重要。新神經(jīng)元來源于前體細(xì)胞，在細(xì)胞培養(yǎng)和組織原位中也轉(zhuǎn)化為星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的前體細(xì)胞。 早期研究利用3H胸腺嘧啶核苷標(biāo)記分化細(xì)胞，其在細(xì)胞周期的S期能摻入進(jìn)復(fù)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(dāng)細(xì)胞處于DNA合成期而同時(shí)有BrdU存在時(shí)，BrdU就摻入到新合成的DNA中，BrdU用免疫細(xì)胞化學(xué)方法就能檢測。這種技術(shù)通過改變BrdU注射和動(dòng)物處死之間的時(shí)間差可以對新生細(xì)胞的增殖、分化、存活進(jìn)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(biāo)記物，如增殖細(xì)胞核抗原（PCNA，DNA聚合酶的輔因子）和Ki67（反映腫瘤增殖的標(biāo)記物）作為反映細(xì)胞增殖的良好指標(biāo)1。 在海馬的齒狀回顆粒下區(qū)，神經(jīng)前體細(xì)

5、胞增殖分裂產(chǎn)生新的顆粒細(xì)胞，新產(chǎn)生的細(xì)胞在分化成熟期進(jìn)入顆粒細(xì)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(dòng)。有報(bào)道顯示，在哺乳動(dòng)物的其它腦區(qū)，如大腦皮質(zhì)2、胼胝體下區(qū)3、紋狀體4、杏仁核、黑質(zhì)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(gè)時(shí)相6，7（圖1），在不同時(shí)相可有不同的細(xì)胞標(biāo)記物進(jìn)行標(biāo)記8。增殖期：齒狀回顆粒下區(qū)新產(chǎn)生的前體細(xì)胞增殖產(chǎn)生過渡性放大細(xì)胞，表達(dá)神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白（GFAP）和nestin9，10。有報(bào)道認(rèn)為，海馬中能夠增殖并具有多潛能分化能力的前體細(xì)胞不能自我更新和無限增殖，因此海

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

7、lretinin和神經(jīng)元標(biāo)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(xì)胞的突觸整合進(jìn)入海馬結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，并與內(nèi)嗅皮質(zhì)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(huì)轉(zhuǎn)而表達(dá)成熟神經(jīng)元標(biāo)記物calbindin（鈣結(jié)合蛋白,在所有成熟顆粒神經(jīng)元中均有表達(dá)），同時(shí)表達(dá)NeuN14。 圖1 海馬齒狀回神經(jīng)發(fā)生的5個(gè)時(shí)相及標(biāo)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(gè)新神經(jīng)元，其存活的半衰期大約為28d。且嚙齒類動(dòng)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(zhì)、細(xì)胞因子、環(huán)境、應(yīng)激等多

8、種因素也影響著成年海馬的神經(jīng)發(fā)生。 2 應(yīng)激對海馬神經(jīng)發(fā)生的影響 2.1 應(yīng)激 應(yīng)激是Hans Selye于20世紀(jì)30年代提出的一種在受到內(nèi)外環(huán)境劇變的刺激時(shí),機(jī)體出現(xiàn)的綜合應(yīng)答狀態(tài),包括精神、神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫等方面的反應(yīng)。當(dāng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定受到威脅時(shí)，機(jī)體對應(yīng)激源產(chǎn)生特異性和（或）非特異性反應(yīng)，使機(jī)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(jìn)一步發(fā)展直至該系統(tǒng)崩潰，在其它系統(tǒng)內(nèi)再尋求穩(wěn)態(tài)。實(shí)際上應(yīng)激是個(gè)體與環(huán)境間的復(fù)雜互動(dòng)過程，它涉及到應(yīng)激源、應(yīng)激反應(yīng)、以及整個(gè)應(yīng)急系統(tǒng)的各種因素間的相互作用。當(dāng)機(jī)體感受到應(yīng)激源時(shí),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(yīng)激反應(yīng)構(gòu)成應(yīng)激反應(yīng)

9、的初時(shí)相，若應(yīng)激持續(xù)繼而激活神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，進(jìn)入應(yīng)激反應(yīng)的中間時(shí)相，激起腎上腺髓質(zhì)釋放兒茶酚胺引起“戰(zhàn)斗或逃跑反應(yīng)”使機(jī)體得以應(yīng)付威脅或危險(xiǎn)，最后應(yīng)激反應(yīng)的后時(shí)相是內(nèi)分泌系統(tǒng)被激活，刺激垂體和腎上腺皮質(zhì)釋放各種激素以適應(yīng)應(yīng)激。整個(gè)過程的主要神經(jīng)內(nèi)分泌改變由藍(lán)斑去甲腎上腺素能神經(jīng)元（LCNE）/交感腎上腺髓質(zhì)軸（SAM）和下丘腦垂體腎上腺皮質(zhì)軸（HPA）的強(qiáng)烈興奮引發(fā)，使機(jī)體出現(xiàn)各種生理變化和外部表現(xiàn)（圖2）。SAM系統(tǒng)的強(qiáng)烈興奮主要參與調(diào)控機(jī)體對應(yīng)激的急性反應(yīng)，使機(jī)體處于一種喚醒狀態(tài)，其調(diào)節(jié)部位主要位于腦干藍(lán)斑及其相關(guān)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(zhì)

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(zhì)激素（ACTH），ACTH促進(jìn)腎上腺皮質(zhì)合成和分泌糖皮質(zhì)激素（GC）。嚙齒類動(dòng)物腎上腺皮質(zhì)分泌的主要糖皮質(zhì)激素是皮質(zhì)酮，而在人類是皮質(zhì)醇。 圖 2 應(yīng)激系統(tǒng)主要作用點(diǎn)及重要介質(zhì)效應(yīng)示意圖 2.2 應(yīng)激與海馬的聯(lián)系 海馬是HPA軸的負(fù)反饋調(diào)節(jié)中樞，參與了應(yīng)激過程HPA 軸的抑制性調(diào)節(jié)。海馬上有豐富的糖皮質(zhì)激素受體，應(yīng)激狀態(tài)下過量的糖皮質(zhì)激素與海馬上的糖皮質(zhì)激素受體結(jié)合，使得海馬得到信息發(fā)出負(fù)反饋指令，抑制HPA軸的活性，降低體內(nèi)過高的糖皮質(zhì)激素水平，從而使機(jī)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(zhì)激素

11、受體表達(dá)最高，因此對應(yīng)激反應(yīng)非常敏感且易損。任何內(nèi)在的或者外在的環(huán)境的改變，只要打破了機(jī)體內(nèi)環(huán)境的平衡都能引發(fā)一系列的神經(jīng)反應(yīng)去適應(yīng)這種新的變化。當(dāng)機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，激活HPA軸，引起糖皮質(zhì)激素的釋放增加，它們影響著機(jī)體的新陳代謝、認(rèn)知過程和情感表達(dá)尤其是引起恐懼和焦慮，為防止糖皮質(zhì)激素水平的過量對機(jī)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(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)16。 2.3 應(yīng)激與海馬神經(jīng)發(fā)生 許多基礎(chǔ)和臨床研究顯示應(yīng)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(xì)胞增殖，致齒狀回神經(jīng)發(fā)生受損1719。動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)海馬是對應(yīng)激及應(yīng)激激素極為敏感和易損的

12、腦區(qū)，海馬結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)元對于有害應(yīng)激最為敏感。應(yīng)激抑制齒狀回顆粒細(xì)胞的神經(jīng)再生，且反復(fù)的應(yīng)激會(huì)導(dǎo)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(yīng)激源持續(xù)時(shí)間的長短可將應(yīng)激分為急性應(yīng)激和慢性應(yīng)激：急性，暴露于單一的、交替的和有限時(shí)間的應(yīng)激源中；慢性，長時(shí)間暴露于復(fù)合的、交替的應(yīng)激源中。新有報(bào)道給予致炎細(xì)胞因子 IL1beta 或者急性應(yīng)激時(shí)海馬細(xì)胞的增殖受到了抑制，而阻斷 IL1beta 受體，就阻斷了應(yīng)激導(dǎo)致的抗神經(jīng)發(fā)生效應(yīng)20。將大鼠置于自限性應(yīng)激中26h其齒狀回前體細(xì)胞的增殖并無改變，且 PSANCAM 的表達(dá)也無變化說明此急性自限性應(yīng)激對海馬神經(jīng)發(fā)生無顯著性改

13、變，但是自限性應(yīng)激持續(xù)3周后其齒狀回前體細(xì)胞的增殖能力大大降低。慢性應(yīng)激大多抑制神經(jīng)發(fā)生。慢性應(yīng)激或給予糖皮質(zhì)激素21d可改變海馬、杏仁體和前腦皮質(zhì)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(lǐng)地的社會(huì)心理應(yīng)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(yīng)激的大鼠其成年海馬神經(jīng)發(fā)生會(huì)下降，還伴隨有行為上的焦慮、海馬 HPA 軸的亢進(jìn)以及學(xué)習(xí)能力的降低，同樣接受此種應(yīng)激的恒河獼猴情緒性行為也加劇22。近來已被證實(shí)能導(dǎo)致類似抑郁癥癥狀的慢性溫和性應(yīng)激，也致使成年大鼠海馬新生細(xì)胞的存活減少，不過其增殖沒有受到影響23。慢性心理社會(huì)應(yīng)激引起應(yīng)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(xì)胞的增殖率和存活率。許多研究表明應(yīng)激導(dǎo)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(bào)道應(yīng)激能促進(jìn)成年海馬的神經(jīng)發(fā)生。早在1976年，Selye就提出了良性應(yīng)激的概念。許多臨床上有效的應(yīng)激，憂郁癥緩沖劑和神經(jīng)發(fā)生的強(qiáng)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(jié)果不同的是，跑步的動(dòng)物，雖然其循環(huán)應(yīng)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(yīng)激可導(dǎo)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(huì)應(yīng)激可導(dǎo)致樹鼩海馬CA1區(qū)域神經(jīng)元細(xì)胞凋亡減少，CA3區(qū)域神經(jīng)元細(xì)胞凋亡增加，海馬神

15、經(jīng)元細(xì)胞凋亡在總體上減少。劉能保等26，給予大鼠慢性復(fù)合應(yīng)激后，其海馬結(jié)構(gòu)齒狀回CA3和CA1區(qū)細(xì)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(dá)42d的復(fù)合應(yīng)激后發(fā)現(xiàn)海馬齒狀回前體細(xì)胞增殖增多，新生神經(jīng)元標(biāo)記物DCX的表達(dá)也增加，這種應(yīng)激可能促進(jìn)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(yīng)激的給予方式及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物不同有關(guān)。 2.4 應(yīng)激影響神經(jīng)發(fā)生的機(jī)制 不同的應(yīng)激對神經(jīng)發(fā)生產(chǎn)生了不同的影響，它們的影響機(jī)制目前尚不明確。有報(bào)道認(rèn)為其可能跟應(yīng)激引起了體內(nèi)激素的變化有關(guān)。機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)體內(nèi)激素水平會(huì)發(fā)生變化，腎上腺皮質(zhì)酮是嚙齒類動(dòng)物體內(nèi)首個(gè)被認(rèn)為能影響海馬神經(jīng)發(fā)生的內(nèi)源性復(fù)合物

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

17、合應(yīng)激狀態(tài)下時(shí)，一方面對應(yīng)激漸適應(yīng)，另一方面其 HPA 軸始終保持一定張力，使循環(huán)皮質(zhì)酮水平維持中等程度的升高，從而激活海馬內(nèi)的糖皮質(zhì)激素受體, 產(chǎn)生負(fù)反饋抑制，使海馬的突觸可塑性增強(qiáng)，促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生。動(dòng)物的慢性應(yīng)激或抑郁引起海馬功能減退，神經(jīng)發(fā)生相對地下調(diào)，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(luò)的活動(dòng)引起的。而且，除了興奮性谷氨酸和5羥色胺網(wǎng)絡(luò)，其 HPA 軸也會(huì)被部分激活?？挂钟羲幠茈S時(shí)間延長而扭轉(zhuǎn)這些效應(yīng)32。 除了激素的變化外，應(yīng)激可使外周、中樞各種細(xì)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(jié)構(gòu)和功能。新有研究發(fā)現(xiàn) IL1beta 是急慢性應(yīng)激所致抗神經(jīng)發(fā)

18、生和似抑郁行為的重要介質(zhì)，海馬神經(jīng)前體細(xì)胞表達(dá) IL1beta 受體，這種受體的激活通過核因子 kappaB 信號(hào)途徑降低細(xì)胞的增殖。Deisseroth K 等人研究認(rèn)為應(yīng)激的活動(dòng)興奮作用是通過增生的前體細(xì)胞上 Ca(v)1.2/1.3 (Ltype) Ca(2+) 通道和 NMDA 受體而感受到的。這個(gè)通道產(chǎn)生的興奮作用抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞命運(yùn)基因Hes1 和 Id2 的表達(dá)，并增加 Neuro D（一種主動(dòng)調(diào)節(jié)神經(jīng)元分化的因子）的表達(dá)，促進(jìn)前體細(xì)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(nèi)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(xué)習(xí)中都扮演重要角色。應(yīng)激或接受糖皮質(zhì)激素治療的患者 BDNF 減少。這主要與皮質(zhì)類固醇激素可抑制 BDNF 的表達(dá)有關(guān)。Adlard 等34 發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)可提高海馬 BDNF 的表達(dá), 從而減輕應(yīng)激所造成的負(fù)效應(yīng), 如認(rèn)知下降、抑郁等, 認(rèn)為自愿的體力鍛煉是一種維持腦內(nèi) BDNF 水平的簡單