自主跑轮运动对小鼠抑郁症与单胺神经递质及HPA轴的影响

张 静,陈永芳,黄晓燕,杨笑莹

(1.南宁师范大学体育与健康学院,南宁 530100; 2.国家体育总局运动医学研究所,北京 100061)

0 引言

抑郁症是一种常见的心理疾病,目前我国抑郁症患者超 9500 万,约占总人口的6.7%,是导致残疾的第二大原因[1]。以往关于抑郁症的药物治疗与心理治疗存在成本高及复发率高的问题。研究表明,运动作为一种低成本的非药物治疗在抑郁症干预中起到了重要的作用[2]。实验研究表明,运动可以改善抑郁症小鼠在社会偏好及社会互作中的认知功能障碍[3],因此运动可能是改善抑郁症患者认知功能障碍的有效方法,但运动是否是改善抑郁症患者焦虑、抑郁的有效方法及其神经生物学机制还需进一步探究。

本实验在前期研究基础上采用抑郁症小鼠模型,研究自主跑轮运动对抑郁症小鼠焦虑与抑郁的改善作用及对单胺神经递质和下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)的影响,为进一步开展抑郁症治疗及研究运动改善抑郁症提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

SPF级7周龄雄性C57BL/6J小鼠40只和6月龄有过繁殖经历的CD1雄性小鼠30只,购自北京维通利华实验动物技术有限公司(SYXK(京)2022-0052)。所有实验动物均在标准的动物房进行饲养。

1.2 抑郁症模型建立及运动方案

采用的长期社会击败应激(CSDS)模型是国际上公认的社会应激模型,较好地模拟了人类所面临的生理与心理应激导致的抑郁症[4]。CSDS抑郁模型是一种居留-入侵模型,单笼饲养的CD1小鼠是居留鼠,实验鼠是入侵鼠。建模时,将实验鼠放入CD1的鼠笼,进行10 min的攻击-对抗,结束后用一个中间带孔的挡板将两者隔开,形成心理应激。24 h后,将实验鼠转入下一个陌生的CD1鼠笼,重复上述操作,整个建模过程为10 d。建模结束后,将建模成功的抑郁症小鼠随机分为抑郁症组与抑郁症运动组,抑郁症运动组进行为期21 d的自主跑轮运动(上海鸣励实验室科技发展有限公司提供)。抑郁症组同等条件饲养,但跑轮固定不动。对照组在标准的动物房进行相同时间的饲养。

1.3 行为学检测

运动干预结束后,将3组小鼠转移到行为房进行行为学测试。旷场测试可以反映动物的焦虑水平。测试时,将小鼠放在旷场的中间区域,让动物自由探索5 min,通过自动化视频追踪系统记录各组小鼠在旷场中间区域的时间。悬尾测试可以反映动物的抑郁水平。测试时,将小鼠倒挂在实验设备上,录像6 min,分析各组小鼠后5 min的不动时间。每只小鼠测试结束后用70%的酒精擦拭实验设备,排除气味对实验结果造成的影响。

1.4 高效液相色谱法(HPLC)

各组小鼠随机选取一半断头后取完整的海马组织称重后放入液氮,用于检测单胺神经递质中的5-羟色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NE)、多巴胺(DA)含量。①制备待测样本:海马组织:0.01 mol/L高氯酸溶液1∶10 离心取上清液,经0.22 μm滤膜过滤,获得待测样本。②色谱条件:色谱柱为Quattro3 C18柱;流动相为磷酸二氢钠/柠檬酸混合液:甲醇87∶13;流速0.2 mL/min;柱温35 ℃;进样量20 μL。③稀释标准品用于制作标准曲线。加入待测样本,根据各递质峰面积及标准曲线计算各组小鼠海马5-HT、NE、DA含量。

1.5 酶联免疫吸附测定法(ELISA)

各组小鼠随机选取一半,腹主动脉取血后,血浆用于检测下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)的促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、促肾上腺皮质激素(ACTH)与皮质醇(CORT)含量。按照试剂盒说明书步骤,将血浆样本加入到试剂盒中,在酶标仪450 nm波长下测定血浆样本的光密度值,根据标准曲线计算CRH、ACTH及CORT含量。

1.6 数据处理

2 结果

2.1 自主跑轮运动对抑郁症小鼠焦虑及抑郁的影响

旷场中间区域百分比用来反映动物的焦虑水平。单因素方差分析显示,与对照组相比,抑郁症组旷场中间区域百分比显著减少(P<0.01),差异具有统计学意义。与抑郁症组相比,抑郁症运动组旷场中间区域百分比显著增加(P<0.05),差异具有统计学意义(图1AC)。

注:A.旷场测试图;B.悬尾测试图;C.旷场中间区域时间百分比;D.悬尾不动时间;*表示与对照组比较P<0.05;**表示与对照组比较P<0.01;#表示与抑郁症组比较P<0.05;##表示与抑郁症组比较P<0.01。

悬尾不动时间用来反映动物的抑郁水平。单因素方差分析显示,与对照组相比,抑郁症组悬尾不动时间显著增加(P<0.01),差异具有统计学意义。与抑郁症组相比,抑郁症运动组悬尾不动时间显著减少(P<0.05),差异具有统计学意义(图1BD)。

2.2 自主跑轮运动对抑郁症小鼠海马单胺神经递质的影响

单因素方差分析显示,与对照组相比,抑郁症组5-HT(P<0.05)、NE(P<0.05)及DA(p<0.05)均显著减少,差异具有统计学意义。与抑郁症组相比,抑郁症运动组5-HT(P<0.05)、NE(P<0.05)及DA(P<0.05)均显著增加,差异具有统计学意义(见表1)。

表1 自主跑轮运动对抑郁症小鼠海马单胺神经递质的影响

2.3 自主跑轮运动对抑郁症小鼠HPA轴的影响

单因素方差分析显示,与对照组相比,抑郁症组CRH(P<0.05)、ACTH(P<0.05)及CORT(P<0.01)均显著增加,差异具有统计学意义。与抑郁症组相比,抑郁症运动组CRH(P<0.05)、ACTH(P<0.05)及CORT(P<0.01)均显著减少,差异具有统计学意义(见表2)。

表2 自主跑轮运动对抑郁症小鼠血浆HPA轴的影响

3 讨论

抑郁症复发多与反复的应激事件密切相关。实验结果表明,长期社会击败应激会导致小鼠出现焦虑样及抑郁样行为,主要表现为抑郁症组在旷场的中间区域百分比显著下降,悬尾的不动时间显著增加。自主跑轮运动可以较好地模拟人类的主动运动行为。研究表明,自主运动可以缓解急性应激和长期应激导致小鼠的焦虑样及抑郁样行为[5]。本研究结果表明,自主跑轮运动可以缓解长期社会击败应激导致的小鼠焦虑样及抑郁样行为。但也有研究表明,社交挫败应激对于小鼠的绝望行为无影响[6],这与本研究结果存在一定的不一致性,推测可能是动物模型之间的差异,仍需进一步探究。

运动作为一种低成本的非药物治疗在抑郁症干预中起到了重要作用。研究结果表明,自主跑轮运动可通过升高抑郁症小鼠海马内单胺神经递质水平起到缓解焦虑样及抑郁样行为,表现为5-HT、NE及DA含量升高。之前的研究表明,百合中药配方能明显升高海马5-HT、NE、DA含量,进而缓解大鼠抑郁症[7],故推测自主运动改善小鼠抑郁症可能是通过调控脑内单胺神经递质活动实现的。自主跑轮运动可通过抑制HPA轴功能缓解抑郁症小鼠的焦虑样及抑郁样行为,表现为CRH、ATCH及CORT水平降低。百合中药配方能明显抑郁HPA轴亢进,CRH、ATCH及CORT水平降低,进而缓解大鼠抑郁症[7],故推测自主运动改善小鼠抑郁症可能是通过调控HPA轴实现的。未来可进一步深入探究神经递质间的协调,包括5-HT、NE、DA之间存在的相互调节作用机制。在运动过程中,单胺神经递质与HPA轴等抗抑郁通路共同作用,从而减缓抑郁,值得深入探究。

自主跑轮运动对于抑郁症小鼠的焦虑及抑郁有改善作用,其作用机制可能与调节单胺神经递质水平及HPA轴功能有关。此研究结果为进一步开展抑郁症治疗及研究运动改善抑郁症提供了科学依据。