陳雅潔 李月峰

重度抑郁癥(major depressive disorder，MDD)是一種慢性疾病，會(huì)對(duì)人的心理社會(huì)功能產(chǎn)生重大影響[1]。目前抑郁疾病發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，主流假說包括單胺類遞質(zhì)假說、炎癥假說、應(yīng)激假說、神經(jīng)可塑性假說等[2]。其中以小膠質(zhì)細(xì)胞激活為特征的神經(jīng)炎癥假說在疾病的發(fā)生、發(fā)展中扮演著越來越重要的角色。研究結(jié)果表示，持續(xù)應(yīng)激或感染等病理狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)被過度激活，此時(shí)會(huì)級(jí)聯(lián)反應(yīng)放大炎癥過程，這不僅導(dǎo)致腦內(nèi)炎性細(xì)胞因子水平增高，而且導(dǎo)致神經(jīng)元損傷和丟失[3]。

18kDa轉(zhuǎn)位蛋白(18-kDa translocator protein，TSPO)是一種線粒體外膜蛋白，是廣泛應(yīng)用于神經(jīng)炎癥的標(biāo)志物，它在激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中特異性上調(diào)[4]。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)炎癥與MDD患者扣帶回皮質(zhì)、海馬、前額葉、島葉等腦區(qū)TSPO結(jié)合率升高有關(guān)[5,6]。TSPO的放射性配體18F-DPA-714能標(biāo)記腦區(qū)內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活從而反映出炎癥的發(fā)生、發(fā)展[7]。同時(shí)18F-FDG能反映腦區(qū)能量代謝隨時(shí)間的變化，但尚未見神經(jīng)炎癥發(fā)生與腦區(qū)代謝相關(guān)性的研究報(bào)道。正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography，PET)示蹤劑的發(fā)展，可以在在體水平監(jiān)測(cè)在疾病進(jìn)展過程中的生物事件，為在體內(nèi)研究MDD提供了一種無創(chuàng)的方法[8]。本研究擬采用18F-DPA-714與18F-FDG相結(jié)合動(dòng)態(tài)采集大鼠抑郁建模過程中PET神經(jīng)炎癥與能量代謝數(shù)據(jù)，旨在分子影像學(xué)層面揭示抑郁模型中腦區(qū)炎癥的變化與腦區(qū)代謝的關(guān)系。

材料與方法

1.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：選用清潔級(jí)成年健康SD大鼠20只，體質(zhì)量為180～220g，由江蘇大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供(實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)： 2021.35188)。實(shí)驗(yàn)前自由攝取水、食物，保持自然晝夜節(jié)律，適應(yīng)性飼養(yǎng)1周并對(duì)其進(jìn)行行為學(xué)評(píng)分。

2.分組與CUMS模型建立：將20只大鼠隨機(jī)分成兩組，即對(duì)照組(n=10)和模型組(n=10)，模型組單籠飼養(yǎng)，對(duì)照組每籠10只。模型組采取禁食、禁水24h，傾斜鼠籠45°，電擊足底1min，懸尾3min，冰水(4℃)游泳5min，晝夜顛倒，熱水(45℃)游泳5min，噪聲刺激3min及潮濕鼠籠24h等9種不同刺激，實(shí)驗(yàn)方法根據(jù)孫美芳等[9]改進(jìn)，每天隨機(jī)采取1種方式，共持續(xù)6周。在實(shí)驗(yàn)前及第2周末、第4周末及第6周末行相應(yīng)行為學(xué)檢測(cè)及PET/CT掃描，其中18F-DPA-714和18F-FDG掃描間隔24h。行為學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示，于第6周建模成功。

3.抑郁大鼠模型體質(zhì)量及行為學(xué)檢測(cè)：(1)體質(zhì)量檢測(cè)：應(yīng)激開始前，在合適的環(huán)境中依次測(cè)量所有大鼠體質(zhì)量。應(yīng)激開始后在第2、4、6周末于喂食前在相同的環(huán)境中對(duì)每只大鼠體質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。(2)蔗糖偏好：實(shí)驗(yàn)前，先對(duì)大鼠進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練3天，即在籠內(nèi)放置兩個(gè)瓶子，一個(gè)裝有1%蔗糖水，另一個(gè)裝有常規(guī)飲用純水，兩個(gè)瓶子的位置每天都會(huì)交換(從左到右，從右到左)。適應(yīng)性訓(xùn)練結(jié)束后禁食、禁水24h。鼠籠內(nèi)準(zhǔn)備2瓶常規(guī)飲用純水與1%的蔗糖水。待1h后結(jié)束實(shí)驗(yàn)，記錄大鼠總的液體消耗量、飲用純水與蔗糖水?dāng)z取量。結(jié)果判定：糖水偏好值(%)=[糖水?dāng)z取量/(糖水?dāng)z取量+純水?dāng)z取量)]×100%。(3)強(qiáng)迫游泳：在測(cè)試前1天對(duì)大鼠進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)：將大鼠置于透明圓筒(高25cm，直徑15cm，水溫25±2℃，水深20cm)中，預(yù)測(cè)時(shí)長為15min，隨后取出、擦干放入籠中。測(cè)試當(dāng)天，將大鼠再次放入相同的環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)長6min。結(jié)果判定：對(duì)每一只大鼠測(cè)試的后4min進(jìn)行記錄，記錄在水中保持“不動(dòng)狀態(tài)”的時(shí)間。

4.microPET-CT成像：(1)18F-FDG顯像：大鼠禁食8h后，對(duì)大鼠進(jìn)行稱重，采用異氟烷進(jìn)行麻醉(麻醉劑量5min/L，維持劑量2min/L)。Inveon Micro-PET掃描儀進(jìn)行掃描，頭先進(jìn)，俯臥位標(biāo)準(zhǔn)軸位。通過尾靜脈注射18F-FDG(0.2ml/100g,3.7～5.5MBq)采集能量代謝圖像。PET圖像采集參數(shù)如下：層厚0.78mm， 矩陣128×128，采集時(shí)間20min，采集能窗(350～650)kV。CT掃描參數(shù)如下：電壓80kV，電流80mA，層厚1mm，采集時(shí)間10min。(2)18F-DPA-714顯像：對(duì)大鼠進(jìn)行稱重，采用異氟烷進(jìn)行麻醉(麻醉劑量5min/L，維持劑量2min/L)。Inveon Micro-PET掃描儀進(jìn)行掃描，頭先進(jìn)，俯臥位標(biāo)準(zhǔn)軸位。通過尾靜脈注射18F-DPA-714(0.2ml/100g,3.7～5.5MBq)后動(dòng)態(tài)掃描1h。掃描參數(shù)如下：層厚1mm，矩陣128×128，電流500μA，電壓80kV，采集能窗(350～650)kV。

5.圖像分析：18F-FDG采集的數(shù)據(jù)經(jīng)衰減校正后采用三維有序子集最大期望值法(three dimensional ordered subsets expectation maximum，3D-OSEM)進(jìn)行重建。18F-DPA-714動(dòng)態(tài)采集的數(shù)據(jù)通過以下分幀方式重組：6×10s、4×60s、5×300s、3×600s，將各幀數(shù)據(jù)圖像用最大后驗(yàn)估算法(maximum a posterior，MAP)，3D-OSEM進(jìn)行重建，通過INVEON軟件分析。將重建的PET/CT測(cè)量結(jié)果與大鼠腦MRI模板圖譜手動(dòng)對(duì)齊。選擇不同的腦區(qū)作為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，得到ROI在不同時(shí)間點(diǎn)(5s、15s、25s、35s、45s、55s、90s、150s、210s、270s、450s、750s、1050s、1350s、1650s、2100s、2700s和3300s)攝取值，并最終得出SUVmean。

結(jié) 果

1.應(yīng)激時(shí)間對(duì)大鼠體質(zhì)量及行為學(xué)指標(biāo)影響：在應(yīng)激過程中，對(duì)照組與模型組各階段的體質(zhì)量及行為學(xué)指標(biāo)的變化被測(cè)量并記錄。結(jié)果顯示，隨著應(yīng)激時(shí)間延長，模型組大鼠體質(zhì)量逐漸增加但低于對(duì)照組(P<0.05)，行為學(xué)指標(biāo)不動(dòng)時(shí)間延長，糖水偏好值下降。其中，應(yīng)激第2周末時(shí)，僅體質(zhì)量變化差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(體質(zhì)量：P<0.05，圖1A；不動(dòng)時(shí)間：P>0.05，圖1B；糖水偏好值：P>0.05，圖1C)。而應(yīng)激第4周、第6周末，體質(zhì)量及行為學(xué)進(jìn)一步變化,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。

圖1 兩組不同時(shí)間點(diǎn)大鼠體質(zhì)量及行為學(xué)結(jié)果比較與同時(shí)間點(diǎn)對(duì)照組比較，*P<0.001

2.應(yīng)激過程中18F-DPA-714動(dòng)態(tài)變化和18F-FDG動(dòng)態(tài)變化：為了探索模型組大鼠腦區(qū)神經(jīng)炎癥變化及代謝關(guān)系，在應(yīng)激過程中，腦內(nèi)神經(jīng)炎癥水平(18F-DPA-714)和代謝(18F-FDG)被同期檢測(cè)記錄。對(duì)照組大鼠腦區(qū)結(jié)構(gòu)顯示清晰，代謝和炎癥攝取放射性分布均勻。模型組應(yīng)激2周后，僅海馬和前額葉18F-DPA-714 SUVmean出現(xiàn)變化(P<0.05)，而18F-FDG SUVmean未出現(xiàn)明顯改變(P>0.05)。應(yīng)激4周后，扣帶回皮質(zhì)和島葉出現(xiàn)18F-DPA-714 SUVmean上升和18F-FDG SUVmean下降，同時(shí)第4周海馬和前額葉18F-DPA-714 SUVmean較第2周進(jìn)一步升高，18F-FDG SUVmean進(jìn)一步下降。應(yīng)激6周后，海馬、前額葉、扣帶回皮質(zhì)和島葉較第4周18F-DPA-714 SUVmean進(jìn)一步升高，18F-FDG SUVmean水平較第4周進(jìn)一步下降。不同組18F-DPA-714與18F-FDG攝取值變化詳見表1。模型組18F-DPA-714和18F-FDG海馬攝取圖詳見圖2和圖3。

表1 兩組不同時(shí)間點(diǎn)大鼠腦區(qū)18F-DPA-714和18F-FDG SUVmean比較

圖2 不同時(shí)間點(diǎn)模型組大鼠海馬18F-DPA-714攝取變化PET-CT顯示隨著應(yīng)激時(shí)間的變化，模型組海馬中的18F-DPA-714 SUVmean值逐漸升高

圖3 不同時(shí)間點(diǎn)模型組大鼠海馬18F-FDG攝取變化 PET-CT顯示隨著應(yīng)激時(shí)間的變化，模型組海馬中的18F-FDG SUVmean值逐漸下降

3.18F-DPA-714與18F-FDG相關(guān)性：進(jìn)一步分析炎性水平和代謝水平之間的變化，結(jié)果顯示，在給予應(yīng)激4、6周后，扣帶回皮質(zhì)、海馬、前額葉、島葉的炎性水平和代謝變化趨勢(shì)相反。進(jìn)一步相關(guān)分析表明，僅在第6周后，以上腦區(qū)的代謝(18F-FDG SUVmean)與炎性水平(18F-DPA-714 SUVmean)呈負(fù)相關(guān)(海馬r=-0.64，P<0.05；前額葉r=-0.75，P<0.05；扣帶回皮質(zhì)r=-0.73，P<0.05；島葉r=-0.67，P<0.05；圖4)，而在第4周后，未出現(xiàn)顯著的相關(guān)性(P均>0.05)。

圖4 應(yīng)激6周后18F-DPA-714和18F-FDG SUVmean在不同腦區(qū)(海馬、前額葉、扣帶回皮質(zhì)、島葉)分布相關(guān)性(n=10)

討 論

本研究以抑郁大鼠為主要研究對(duì)象，采用PET-CT掃描技術(shù)非侵入性動(dòng)態(tài)檢測(cè)大鼠模型中神經(jīng)炎癥(18F-DPA-714)與代謝(18F-FDG)異常分布的腦區(qū)同時(shí)對(duì)其兩者進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，在應(yīng)激第2周后海馬、前額葉18F-DPA-714 SUVmean開始增加，第4、6周進(jìn)一步增加?？蹘Щ仄べ|(zhì)和島葉在應(yīng)激第4周后18F-DPA-714 SUVmean開始增加，第6周進(jìn)一步增加。同期在這些腦區(qū)中18F-FDG SUVmean逐漸下降，這與相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)炎癥變化趨勢(shì)具有一致性，相關(guān)性分析顯示，僅在第6周相關(guān)腦區(qū)18F-DPA-714和18F-FDG攝取之間有顯著相關(guān)性。本研究發(fā)現(xiàn)，相關(guān)腦區(qū)的炎癥變化稍早于代謝的變化，并且神經(jīng)炎癥累積進(jìn)一步導(dǎo)致了代謝的改變，基于PET-CT有望對(duì)非侵入性量化神經(jīng)炎癥和代謝提供重要的影像學(xué)依據(jù)。

近年來，抑郁癥的炎癥假說受到了廣泛關(guān)注。大量研究表明，抑郁癥可能與小膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)炎癥有關(guān)[4]。神經(jīng)炎癥是對(duì)組織損傷的一種先天免疫反應(yīng)，在包括精神疾病在內(nèi)的許多中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起著重要作用，并被認(rèn)為是MDD的啟動(dòng)、復(fù)發(fā)和發(fā)展的原因[10]。筆者在臨床研究中常用CUMS抑郁大鼠模型與孤養(yǎng)模式相結(jié)合能有效模擬人類抑郁癥的核心癥狀，同時(shí)此過程也是模擬人類從正常狀態(tài)逐步達(dá)到抑郁狀態(tài)，并隨病程延長而發(fā)生病理生理變化的過程[11]。

目前，多種影像學(xué)技術(shù)對(duì)腦部疾病結(jié)構(gòu)和功能起到了重要作用，就抑郁癥而言，對(duì)其發(fā)病機(jī)制、病理生理機(jī)制提供了客觀依據(jù)[12]。MDD特征是至少有一次重度抑郁發(fā)作，持續(xù)至少2周，其臨床表現(xiàn)復(fù)雜，并與分子、代謝和炎癥改變相關(guān)[13]。TSPO在活化的小膠質(zhì)細(xì)胞高度表達(dá)，這使其成為神經(jīng)炎癥的潛在靶點(diǎn)[4]。因此，PET等功能性神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于在體內(nèi)非侵入性追蹤小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，并可作為一系列病理?xiàng)l件下神經(jīng)炎癥的生物學(xué)標(biāo)志物，包括MDD[14]。大量研究結(jié)果表明，在MDD患者中，海馬結(jié)構(gòu)、前額葉皮質(zhì)、扣帶回皮質(zhì)和島葉TSPO特異性上調(diào)，這與筆者的研究結(jié)果一致[5,6]。

Wang等[15]研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活介導(dǎo)了慢性不可預(yù)見性輕度應(yīng)激(chronic unpredictable mild stress,CUMS)誘導(dǎo)的抑郁和焦慮樣行為和海馬神經(jīng)炎癥，并且在給予米諾環(huán)素后抑制了海馬小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，減少了CUMS誘導(dǎo)的抑郁樣行為。此外，米諾環(huán)素還抑制了促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，提示小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥可能在CUMS誘導(dǎo)的抑郁樣行為的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。Zhu等[16]研究證明，首發(fā)抑郁癥患者海馬18F-FDG攝取能力下降，同時(shí)代謝能力也下降，始終表現(xiàn)為輕度攝取，緩慢代謝的過程。并且另有研究表明，低糖低代謝與患者的認(rèn)知功能的下降有關(guān)[9]。然而，既往研究大多數(shù)為橫斷面研究，難以對(duì)神經(jīng)炎癥及代謝的變化形成連續(xù)性觀察。此外，對(duì)于神經(jīng)炎癥與代謝之間的動(dòng)態(tài)變化及其兩者的相關(guān)性的研究有也鮮有報(bào)道。在本項(xiàng)研究中，體內(nèi)18F-DPA-714及18F-FDG PET-CT組合方法被用于評(píng)估CUMS誘導(dǎo)的抑郁模型中腦區(qū)神經(jīng)炎癥及能量代謝，并且在之前研究上進(jìn)一步探究神經(jīng)炎癥與能量代謝的潛在關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)特征性腦區(qū)炎癥的富集有可能最終導(dǎo)致代謝的異常。

本研究仍有不足之處，例如樣本量偏小，這在一定程度產(chǎn)生了偏倚。在今后的研究中，筆者將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量予以證實(shí)。