李忠華 高沖 叢斌

(1. 四川大學華西基礎醫(yī)學與法醫(yī)學院，四川 成都 610041；2. 四川省人民檢察院檢察技術處，四川 成都 610000；3. 最高人民檢察院檢察技術信息中心，北京 100726)

腦是各種應激源的直接作用器官，應激源可通過腦部結構和功能的改變影響諸如內分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)等的功能和作用。因此，對應激后腦的研究在應激的研究中居于主要地位。目前，應激后腦的研究主要集中于海馬、杏仁核和前額葉皮質等區(qū)域，其中以海馬研究最早且相對也最為深入。

杏仁核隸屬于邊緣系統(tǒng)，是一個由多個核團構成的復合體，因形如杏仁而得名。杏仁核的解剖位置位于顳葉前部，下丘腦內側，與海馬結構毗鄰。該復合體主要包括有基底外側核群(Basolateral amygdala，BLA)、中央內側核群和皮質核群等。功能上，杏仁核在情緒(特別是恐懼)的產生、識別和調節(jié)以及控制學習和記憶方面發(fā)揮著重要作用。杏仁核通過將沖動傳到下丘腦可引起交感神經的激活；通過與三叉神經和面神經的聯(lián)系參與情感性面部表情表達的識別；通過與腹側被蓋、藍斑和外側被蓋的聯(lián)系激活多巴胺、5-羥色胺、去甲腎上腺素和腎上腺素。正是由于杏仁核具有的上述特點，因此成為繼海馬后應激研究的一個重要腦區(qū)。

1 與應激相關的杏仁核結構與功能變化

1.1 結構改變

目前主要運用MRI測量杏仁核的體積改變。與應激下海馬體積改變不同(大部份研究結果報道應激下海馬體積明顯減小，尤以左側嚴重)，目前文獻對應激下杏仁核體積改變差異較大，結果缺乏一致性。Ahmed等人通過統(tǒng)計分析發(fā)現對于兒童期經受虐待后患有創(chuàng)傷后應激障礙(Posttraumatic stress disorder，PTSD)的成年患者與健康對照組比較，發(fā)現雙側杏仁核體積均有減小[1]。Drevets等人則在一項情緒障礙meta分析中指出，杏仁核的體積沒有改變[2]。然而，在另一篇關于PTSD患者腦結構體積變化的meta分析中，O′Doherty等人對來自44篇文獻的體積數據改變情況(PTSD組：846人,健康對照組：520人，創(chuàng)傷對照組：624人)進行了薈萃分析，結果顯示與健康對照組相比，杏仁核雙側體積有一定程度減小，而與創(chuàng)傷后對照組相比卻沒有明顯改變[3]。對于應激下杏仁核體積變化缺乏一致性的原因目前較難完全解釋。一方面，應激下杏仁核的體積變化可能本身就缺乏特異性，另一方面也可能是實驗樣本的異質性所致(如疾病類型的差異性、檢測時刺激源的差異性、年齡的差異性及性別的差異性等)。

在其它細胞結構改變上，應激下杏仁核也表現出獨特之處。動物研究表明，應激下杏仁核BLA區(qū)的樹突不但不會像海馬CA3區(qū)出現萎縮，而呈現出樹突分支增加現象，且并不會隨著應激源的消失而有所恢復[4]。在脊密度上，杏仁核的不同區(qū)域有所不同。在BLA區(qū)有文獻報道脊密度增加，而在內側杏仁核區(qū)則有研究顯示脊密度減少[5]。在細胞凋亡方面，大量文獻報道應激下海馬神經元存在有明顯凋亡現象[6-8]，而杏仁核這方面研究相對較少。雖然也有一些研究表明存在有應激下杏仁核神經元凋亡[9-10]，但其是否具有普遍性難以確定。

1.2 功能改變

在功能研究方面，大量研究均證實存在應激下杏仁核功能亢進的表現。Ganzel等人報道了運用多模態(tài)神經影像學技術檢測“9/11”這一創(chuàng)傷性事件后的人員存在有杏仁核的高活性狀態(tài)[11]。Yamamoto等人通過fMRI檢測發(fā)現對于經歷過早期生活應激事件的人群存在有明顯的杏仁核功能活性增加[12]。同樣，Im等人在聯(lián)合運用MRI、PET和SPECT三種分子影像學技術上，對大腦結構進行了研究，也證實了PTSD病人的杏仁核功能亢進現象[13]。對于應激下杏仁核功能亢進，Diamond在一篇關于PTSD的文章中分析認為這是機體為了提高應付危險環(huán)境而作出的反應，并認為這種反應不應屬于功能失調。雖然這種機體亢進狀態(tài)會犧牲一定的生存質量，但對于個體而言這也是值得的[14]。

2 與應激相關的杏仁核變化機制研究

應激下杏仁核的機制研究本質上屬于大腦應激機制研究中的一部分。大腦作為應激的核心器官，其機制涉及從細胞表面、細胞骨架、表觀遺傳調控到非基因組機制多個水平層面[15]。本文將從基因表達、表觀遺傳修飾、神經-內分泌-免疫、細胞結構這四個方面進行闡述。

2.1 基因表達

自海馬作為第一個下丘腦外的腦結構被發(fā)現存在腎上腺類固醇受體后，人們開始逐步認識到應激對腦內基因表達的影響以及糖皮質激素在其中的重要作用。 Smith檢測了老鼠在應激選擇模型(Stress-Alternatives model，SAM)這一模型下的杏仁核有關基因表達情況及皮質酮。研究結果發(fā)現BLA區(qū)的腦源性神經營養(yǎng)因子(Brain-derived neurotrophic factor，BDNF) 基因表達下降，逃跑組老鼠的血漿皮質酮顯著高于順從組老鼠。與此同時，順從組老鼠神經肽S(Neuropeptide S，NPS)的基因表達則顯著上升，并以中央杏仁核區(qū)最為明顯。這一結果揭示了社會環(huán)境、杏仁核BDNF與NPS和血漿皮質酮之間的內在聯(lián)系[ 16]。Ehrlich等人在一篇有關抑郁的報道中證實孕期應激下雌鼠的杏仁核γ-氨基丁酸和5-羥色胺的基因表達會被改變[17]。對于應激會改變杏仁核γ-氨基丁酸和5-羥色胺的基因表達也在Sarro發(fā)表的一篇文章中得以證實[18]。另一方面，Pagliaccio通過檢測4個應激有關基因 (CRHR1、 NR3C2、NR3C1和FKBP5)的表達情況并聯(lián)合早期環(huán)境因子對應激下皮質醇濃度和邊緣系統(tǒng)的體積進行了相關預測，其結果也有一定研究意義[19]。近年來，迅速發(fā)展的科學技術使我們能夠高通量地檢測應激下腦內基因表達情況[20]，這將會為我們研究應激下杏仁核的基因表達情況提供了更好前景。

2.2 表觀遺傳

近年來，許多研究已經證實應激可通過表觀遺傳改變進而引起大腦相關結構和功能改變。表觀遺傳機制包括有組蛋白修飾(如，甲基化、乙酰化和磷酸化等)、DNA甲基化、羥基甲基化以及非編碼RNA的表達(如，miRNA、piRNA、lncRNA等)[21-23]。在一篇研究杏仁核甲基化與記憶損害的文章中，Maddox發(fā)現注射藤黃酚(一種組蛋白乙酰轉移酶抑制劑)老鼠的杏仁核外側核團組蛋白H3的乙?；浇档颓闆r下會有長時記憶(Long-term memory，LTM)的損害[24]。Mueller發(fā)現產前應激的大鼠存在有行為障礙以及杏仁核CRF啟動子甲基化的下降[25]。Mannironi發(fā)現老鼠在2小時的束縛之后除血漿皮質酮上升之外，杏仁核的miR-135a and miR-124的表達減少[26]。除此之外，應激下杏仁核表達改變的miRNA還有miR-34, miR-134, 和miR-183 等[27-28]。

2.3 神經-內分泌-免疫網絡

70年代Besedovsky首次提出了神經-內分泌-免疫網絡的假說。在隨后的幾十年時間里，隨著技術方法的進步，大量研究已經證實神經系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)三者之間存在相互作用。這種相互作用是通過神經、內分泌、免疫三大調節(jié)系統(tǒng)間共有的化學信號分子(如神經遞質、激素、細胞因子等)和受體共同實現。在Mcewen提出的穩(wěn)態(tài)應變這一概念中，其也認為機體在應激下適應與疾病的發(fā)生是由三者共同參與所致。

2.3.1 HPA軸與糖皮質激素

HPA軸及糖皮質激素是應激機制研究中最為深入的部分。應激下大腦HPA軸功能的異常與多種應激相關疾病有關聯(lián)。HPA軸理論下，下丘腦、垂體和腎上腺皮質釋放的物質分別為促腎上腺皮質激素釋放因子(Corticotropin-releasing factor，CRF)、促腎上腺皮質激素(Adrenocorticotropic hormone，ACTH)和糖皮質激素(Glucocorticoid hormone，GC)。GC與腦內高親和力的MR(mineralocorticoid receptor，鹽皮質激素受體)和低親和力的糖皮質激素受體(Glucocorticoid receptor，GR)的結合可形成負反饋作用。GR可幫助GC維持在生理水平范圍內。在應激適應、焦慮和抑郁中均可見到GR異常的表達[29-30]。這種異常表達既包括表達數量上的異常，也包括表達時間和表達位置的異常。同時，MR和GR的表達情況決定了大腦對應激的敏感度。 由于杏仁核上分布有大量的GR受體，因此，HPA軸功能改變以及GC的改變會對杏仁核的結構和功能產生影響。Mitra在應用不同劑量的糖皮質激素模擬急慢性應激下發(fā)現老鼠BLA區(qū)的樹突長度及分支都產生了改變[31]。

GC作用機制上涉及多部位和多條通路，包括基因層面效應和非基因層面效應。在基因效應方面，GC可直接作用于糖皮質激素反應元件(Glucocorticoid response elements，GRE)，也可間接地通過與轉錄因子的綁定而發(fā)揮作用[32]。糖皮質激素也能夠直接通過膜相關受體刺激興奮性氨基酸的釋放，進而調節(jié)谷氨酸和GABA的釋放[33]。除此之外，GC與抗凋亡蛋白通還可介導GR轉移到線粒體上進而導致集鈣效應的發(fā)生，調節(jié)線粒體氧化、自由基和膜電位。另外，需值得注意的是，GC作用上具有階段效應的特點。

2.3.2 谷氨酸和GABA

神經遞質可分為興奮性和抑制性兩大類，谷氨酸和GABA(γ-氨基丁酸)分別是其中的重要代表。在應激機制研究中發(fā)現谷氨酸和GABA具有重要作用。對于應激下谷氨酸的研究，發(fā)現在慢性應激下杏仁核BLA區(qū)CRF的激活會引起N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA，一種谷氨酸受體亞型)受體介導的鈣離子內流增加。雖然這只能解釋慢性應激下海馬神經元樹突收縮而無法解釋杏仁核BLA區(qū)樹突的增加，但其依然具有重要意義。在一項老鼠研究中發(fā)現NR2A(NMDA的一個亞組)表達下降會引起B(yǎng)LA區(qū)錐體細胞樹突脊下降[34]。同時，研究證實杏仁核NMDA受體拮抗劑可減少焦慮樣行為[35]。對于GABA，大多數研究表明抑郁病人大腦內γ-氨基丁酸水平會下降，并且γ-氨基丁酸能藥物也在抗抑郁方面有積極效果[36-37]。

2.3.3 BDNF

BDNF是體內重要的神經營養(yǎng)因子，它通過與TrkB(酪氨酸激酶 B)的結合而發(fā)揮作用。Ashokan發(fā)現慢性應激下杏仁核BLA區(qū)BDNF表達有明顯上升[38]。Boyle 在一篇關于慢性應激下杏仁核BLA區(qū)的神經可塑性假說中認為，谷氨酸和BDNF信號通路在杏仁核樹突增生的過程中起著重要作用[39]。

2.3.4 其它

除了上述GC、谷氨酸、GABA和BDNF外，與應激機制有關的其他分子還有很多，如5-HT(5-羥色胺)、NPY(神經肽Y)、AVP(精氨酸血管加壓素)、tPA(組織型纖溶酶原激活劑)、eCBs(內源性大麻素)等。

2.4 細胞結構、水含量與脈管系統(tǒng)的改變

有關應激下杏仁核細胞結構的相關改變(體積、樹突、脊密度、凋亡等)在本文前述部分已經闡明。但需要注意的是，上述杏仁核細胞結構的相關改變到底是屬于其病理學基礎還是機體對應激下的一種適應性改變目前仍不清楚[40]。除此之外，也有研究報道應激下腦內水含量與脈管系統(tǒng)的相應改變，這也為我們研究應激提供了更多的方向[41-42]。

3 與應激及杏仁核相關的疾病

3.1 抑郁、焦慮及PTSD等精神障礙

杏仁核在大腦拓撲結構上處于中心地位，在情感(特別是恐懼)、認知和記憶等功能方面具有重要作用，同時也與腦內的其它許多結構具有功能上的聯(lián)系。應激下杏仁核的改變顯然與抑郁、焦慮及PTSD等有密切關系。這在本文的杏仁核相關改變與機制研究中有大量研究給予了證實，在此不再贅述。

3.2 心血管疾病

研究表明應激下杏仁核結構與功能改變與心血管疾病發(fā)生也有著密切的關系。Peters在一篇研究應激、適應、體型與心血管死亡率的文章指出，對于應激不能適應者在大腦能量中心理論下會發(fā)生皮下脂肪下降而內臟脂肪上升，進而導致動脈粥樣硬化形成，最終導致心血管事件的發(fā)生[43]。2017年Tawakol等人于《Lancet》雜志發(fā)表了一篇大樣本下杏仁核活性與心血管事件的關聯(lián)性研究。在該文章中發(fā)現，作為應激標志物的靜息下杏仁核的高活性與心血管事件具有明顯的相關性，并指出其機制為杏仁核的高活性會引發(fā)機體骨髓活性的增加以及動脈炎癥的形成，從而導致心血管事件發(fā)生概率的顯著增加[44]。

3.3 其它

除上述外，與應激相關的疾病還有很多，如阿爾茲海默、消化性潰瘍、糖尿病、cushing綜合征、腫瘤等。在這些疾病中，杏仁核作為中樞神經系統(tǒng)及神經-內分泌-免疫網絡的組成部分總是參與其中。

4 結論

現代社會中，每個人都會面臨來自家庭、工作以及社會等各個方面的壓力。有研究表明75%-90%的內科疾病都與應激有關。因此研究應激的機制及其相關疾病具有十分重要的意義。由于杏仁核在解剖結構和功能上具有的特性，讓我們認為對其研究將有助于我們更好的地理解應激及應激性疾病。目前，對應激研究已經涉及到了基因表達、表觀遺傳修飾、神經免疫內分泌網絡、細胞結構等多個層面。但需要說明的是，至今針對應激與應激性疾病的機制依然沒有找到某個特異結構或者某個(或數個)特異性的分子予以有效解釋。

在應激對大腦不利作用的干預方面, Mcewen提出了其方法包括藥物、行為和“top-down”式方法(與藥物方法不同，一種集認知行為、物理和社會支持來影響中樞結構與功能的方法)，并指出與其竭力尋找一種神奇藥物來解決問題，不如以通過利用機體自身校準機制的“top-down”式方法來應對應激下的軀體和精神障礙[45]。