为了研究TES对抑郁的治疗作用,研究人员首先对S334ter-line 3大鼠(视网膜变性,大鼠抑郁模型)和健康对照大鼠进行了不同振幅的TES(100 μA、200 μA和500 μA)治疗。 俗话说:眼睛是心灵的窗户。这里的心灵,无论是从解剖结构上说,还是从功能上来说,都指的是大脑。透过这扇 “窗户”,不仅可以让我们看到外面的世界,甚至还可以对内部进行“修理”。据研究报道,视觉刺激(如一定频率的闪烁光)对神经功能具有一定的保护作用,有助于改善小鼠认知功能[1]。
受此启发,科学家们试图通过经角膜电刺激(TES,一种治疗视网膜和视神经疾病的非侵入性治疗方法,除了可激活与视觉相关的皮层外,还可激活前额叶皮质、颞下回和海马旁回[2]),对动物进行干预来治疗脑部疾病(如抑郁症等),然而,其结果缺乏一致性,且所用电刺激强度过高,造成了动物的高死亡率[3, 4]。 近日,来自香港大学的林礼伟(Lee Wei Lim)教授团队和香港城市大学的陈俪行(Leanne Lai Hang Chan)教授团队,成功通过经角膜电刺激(频率20Hz,脉冲宽度1ms,振幅100、200或500 μA)改善了大鼠的抑郁症[5]和小鼠的认知功能[6],为抑郁症和痴呆的治疗提供了可能的新方法,相关研究分别发表于Brain Stimulation和Annals of the New York Aacdemy of Sciences上。 为了研究TES对抑郁的治疗作用,研究人员首先对S334ter-line 3大鼠(视网膜变性,大鼠抑郁模型)和健康对照大鼠进行了不同振幅的TES(100 μA、200 μA和500 μA)治疗。相比于健康大鼠的sham(假处理)组,S334ter-line 3大鼠的sham组具有运动能力降低,焦虑样行为增多的抑郁症表现,而TES治疗展现出明显的抗焦虑效果,表现为圆筒实验中活动的增加和进食频次的增加。 在另外三项行为学实验——旷场实验、家庭笼逃逸实验以及强迫游泳实验中,TES也都表现出明显的抗焦虑作用。
虽然S334ter-line 3大鼠的视网膜相比于健康大鼠明显更薄(视网膜外丛状层、外核层、内外光感受器的连接部丢失,内核层厚度显著降低),而TES治疗也并没有改善这一情况,但在直接刺激S334ter-line 3大鼠视网膜后在上丘所测得的电诱发电位,与健康大鼠相比并无明显差异。这表明从视网膜到上丘的视觉通路在S334ter-line 3大鼠和健康大鼠中都完好。
紧接着,研究人员在另一种大鼠抑郁症模型——CUS(慢性不可预知压力)大鼠模型中测试了TES的治疗效果:在蔗糖偏好实验中,CUS大鼠对蔗糖水的偏好明显降低,即享乐行为的减少,而200 μA的TES能有效恢复CUS大鼠的蔗糖水偏好。 鉴于神经可塑性改变与抑郁症的发展密切相关[7],且据报道,增强的神经可塑性是各种脑电刺激方法的共同作用机制[8]。因此,研究人员还研究了神经可塑性在TES治疗效应中的潜在作用。 研究者对CUS大鼠注射替莫唑胺(TMZ,一种抑制神经发生的烷化剂),然后再进行TES治疗,结果发现TES不能有效地恢复CUS大鼠的蔗糖水偏好,表明TES促进享乐行为的作用依赖于神经发生机制。但在圆筒实验中,无论是否使用TMZ,TES均可减少大鼠的不活动时间,表明TES的抗绝望作用是通过一种非神经发生的机制实现的。 研究人员还研究了CUS大鼠中TES对皮质醇(一种主要的应激激素)水平的影响,结果显示,CUS大鼠血浆皮质醇浓度显著高于对照组,而TES治疗可有效降低CUS大鼠的皮质醇水平。与单独使用TES相比,TMZ+TES治疗的CUS大鼠皮质醇水平升高,达到与未经任何治疗的CUS大鼠相当的水平。 为了进一步探究TES治疗抗抑郁的作用机制,研究人员对CUS大鼠脑部海马区神经发生相关标记物的基因表达进行检测,结果发现相比于正常大鼠,CUS大鼠的Ki67(与细胞增殖相关)和Dcx(与神经元迁移、分化相关)基因表达减少,而经TES治疗后,CUS大鼠海马区Ki67的表达恢复。此外,与CUS大鼠和健康对照大鼠相比,经TES治疗的CUS大鼠Nestin(神经上皮干细胞标记物)的表达更高,而注射TMZ可抑制TES诱导的CUS大鼠Ki67和Nestin的表达上调。 TES的抗抑郁效应与CUS大鼠神经发生相关标记物之间的相关性分析表明,Ki67与Nestin表达呈正相关,且蔗糖偏好实验中CUS大鼠对蔗糖偏好与Ki67和Nestin的基因表达也呈正相关,表明神经发生与TES促进享乐行为的作用为正相关。而圆筒实验中大鼠的不活动时间与Ki67和Nestin的基因表达无相关性,这与TES的神经发生非依赖性抗绝望作用的行为学结果一致。 最后,研究人员检测了TES治疗后CUS大鼠海马和杏仁核神经突触可塑性相关蛋白和凋亡相关蛋白的变化: 在海马,与健康对照大鼠相比,CUS大鼠pAKT/AKT蛋白比值升高,SYP蛋白表达降低,而TES治疗则逆转了这些变化。此外,与健康对照大鼠和未治疗CUS大鼠相比,TES治疗组CUS大鼠的BAX(促凋亡)蛋白表达也明显降低。 以上结果表明,TES在CUS大鼠模型中诱导了神经可塑性相关蛋白的上调,导致突触可塑性增加,并减少了海马区和杏仁体中的细胞凋亡,从而起到抗抑郁作用。 TES在CUS大鼠模型中诱导了神经可塑性相关蛋白的上调,导致突触可塑性增加,并减少了海马区和杏仁体中的细胞凋亡,从而起到抗抑郁作用 在相关的TES治疗痴呆的文章中,研究人员使用类似的方法,证明了TES治疗可减少雄性5XFAD小鼠(AD小鼠模型)的海马淀粉样斑块的沉积,显著逆转雄性5XFAD小鼠海马区PSD95蛋白的下调,从而改善小鼠认知。 总的来说,这两项研究证明了TES对于神经相关疾病治疗(尤其是精神疾病以及认知障碍相关疾病)的潜力,是非常有意义和有趣的研究,但可惜的是,这两项研究尚未在人体试验中得到验证,治疗的相关参数、有效性及安全性仍需进一步探索,其距离进入临床可能还有一段距离。 1.Adaikkan C, Middleton SJ, Marco A, Pao PC, Mathys H, Kim DN, Gao F, Young JZ, Suk HJ, Boyden ES et al: Gamma Entrainment Binds Higher-Order Brain Regions and Offers Neuroprotection. Neuron 2019, 102(5):929-943 e928.doi:10.1016/j.neuron.2019.04.011
2.Xie J, Wang GJ, Yow L, C JC, Humayun MS, Weiland JD, Lazzi G, Jadvar H: Modeling and percept of transcorneal electrical stimulation in humans. IEEE Trans Biomed Eng 2011, 58(7):1932-1939.doi:10.1109/TBME.2010.2087378 3.Albertini G, Walrave L, Demuyser T, Massie A, De Bundel D, Smolders I: 6 Hz corneal kindling in mice triggers neurobehavioral comorbidities accompanied by relevant changes in c-Fos immunoreactivity throughout the brain. Epilepsia 2018, 59(1):67-78.doi:10.1111/epi.13943
4.Koshal P, Kumar P: Effect of Liraglutide on Corneal Kindling Epilepsy Induced Depression and Cognitive Impairment in Mice. Neurochem Res 2016, 41(7):1741-1750.doi:10.1007/s11064-016-1890-4 5.Yu WS, Tse AC, Guan L, Chiu JLY, Tan SZK, Khairuddin S, Agadagba SK, Lo ACY, Fung ML, Chan YS et al: Antidepressant-like effects of transcorneal electrical stimulation in rat models. Brain Stimul 2022, 15(3):843-856.doi:10.1016/j.brs.2022.05.018
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