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2025年7月8日，加拿大多倫多大學劉芳教授以及溫州醫(yī)科大學蔡成云教授在Neuropsychopharmacology發(fā)表：nNOS-expressing neurons in the mPFC mediate depressionrelated behaviors in mice through pPVT-mPFC projections，揭示了小鼠中內側前額葉皮層（mPFC）中表達nNOS的神經元通過投射到丘腦室旁核（pPVT）介導了與抑郁相關的行為。

抑郁癥是最常見的精神障礙之一，但其病因機制及其復雜。神經元型一氧化氮合酶（nNOS）已被認為與抑郁癥有關，但表達nNOS的神經元的具體作用仍未知。使用化學遺傳學方法發(fā)現(xiàn)，mPFC中表達nNOS的神經元對于抑郁相關行為至關重要。通過電生理記錄，作者確定這些mPFC中表達nNOS的神經元接收來自pPVT的投射。發(fā)現(xiàn)從pPVT到mPFC中表達nNOS神經元的興奮性投射調控了與抑郁相關的行為。激活mPFC中表達nNOS的神經元會導致一氧化氮（NO）的釋放，進而增強細胞周期依賴性激酶5（CDK5）的亞硝基化修飾。作者的研究揭示了一種涉及pPVT向mPFC中表達nNOS神經元發(fā)出興奮性投射的抑郁癥發(fā)生機制，這可能成為未來治療的新靶點。

圖一 mPFC中表達nNOS的神經元在調控抑郁相關行為中的作用

為了研究mPFC中表達nNOS的神經元在抑郁相關行為中的作用，作者采用化學遺傳學手段將AAV-hSyn-DIO-hM3Dq注入nNOS-Cre小鼠的mPFC區(qū)域，在感染后的nNOS-Cre小鼠急性腦片中應用了CNO，結果顯示hM3Dq-eGFP表達神經元的動作電位發(fā)放增加。在腹腔注射CNO或生理鹽水一小時后進行行為學測試。化學遺傳學激活mPFC中表達nNOS的神經元后，小鼠在懸尾實驗和強迫游泳實驗中的不動時間顯著增加，并且在糖水偏好實驗中對糖水的偏好降低，而總液體攝入量沒有明顯變化。這些結果表明，激活mPFC中表達nNOS的神經元可以誘導類似抑郁的行為。為了進一步研究表達nNOS的神經元是否參與抑郁相關行為，對經歷慢性輕度應激（CMS）的成年小鼠的mPFC區(qū)域進行了nNOS和c-Fos的染色。與對照組動物相比，CMS組小鼠mPFC中同時表達nNOS和c-Fos的神經元數(shù)量以及總的c-Fos陽性細胞數(shù)量均顯著增加，這表明CMS暴露后，mPFC中表達nNOS的神經元被激活。隨后，作者在CMS暴露前兩周將AAV-hSyn-DIO-hM4Di-eGFP注入nNOS-Cre小鼠的mPFC，以探索抑制這些神經元是否能緩解抑郁相關行為。每天在CMS實驗開始前一小時，向小鼠腹腔注射CNO或生理鹽水。與生理鹽水處理的對照組相比，CMS小鼠在懸尾實驗和強迫游泳實驗中的不動時間顯著增加，糖水偏好下降，表明CMS成功誘導了抑郁相關行為。而在CMS造模過程中，通過CNO抑制mPFC中表達nNOS的神經元，能夠防止這些行為變化的發(fā)生。此外，僅接受CNO處理但未經歷CMS的小鼠在懸尾實驗和強迫游泳實驗中也表現(xiàn)出抗抑郁樣效應。因此，作者的研究結果表明，抑制mPFC中表達nNOS的神經元可以產生抗抑郁樣效應。

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圖二 pPVT投射到mPFC中表達nNOS的神經元介導了對抑郁相關行為的影響

由于已經證實pPVT向mPFC中表達nNOS的神經元發(fā)出投射，因此推測這些投射可能參與調控抑郁相關行為。作者將AAV-CaMKIIα-hM3Dq-mCherry病毒注入pPVT以特異性標記來自pPVT的谷氨酸能神經元向mPFC的投射，三周后在mPFC區(qū)域微量注射CNO或生理鹽水。行為學測試結果顯示，激活pPVT向mPFC的谷氨酸能投射會顯著增加小鼠在懸尾實驗和強迫游泳實驗中的不動時間，并降低其在糖水偏好實驗中的糖水偏好，而總液體攝入量未發(fā)生變化。這些結果表明，激活pPVT向mPFC的投射可以誘導類似抑郁的行為。為了進一步評估pPVT向mPFC投射在抑郁相關行為中的作用，在CMS暴露后檢測了小鼠pPVT區(qū)域的c-Fos免疫反應活性，隨后在CMS實驗前兩周將AAV-CaMKIIα-hM4Di-mCherry注入pPVT并在mPFC中植入藥管。每天在CMS實驗開始前30分鐘，通過藥管向mPFC注射CNO或生理鹽水。CNO應用后動作電位發(fā)放減少，說明這些神經元被有效抑制。行為學結果顯示，CMS成功誘導了抑郁相關行為，表現(xiàn)為懸尾實驗和強迫游泳實驗中不動時間增加，以及糖水偏好下降。而通過CNO抑制pPVT向mPFC的投射，可以防止這些行為改變的發(fā)生。此外，在未經歷CMS的對照動物中，抑制pPVT向mPFC的投射也表現(xiàn)出抗抑郁樣效應。這些結果表明，pPVT發(fā)出的谷氨酸能投射對抑郁相關行為具有重要的調節(jié)作用。為了進一步研究mPFC中表達nNOS的神經元對抑郁行為的調控是否依賴于pPVT的輸入，作者在nNOS-Cre小鼠中進行了雙病毒注射實驗。首先，在mPFC中注射AAV-hSyn-DIO-hM4Di-eGFP（或AAV-hSyn-DIO-eGFP作為對照），以選擇性操控表達nNOS的神經元；其次，在pPVT中注射AAV-CaMKIIα-hM3Dq-mCherry以標記其向mPFC的投射；最后在mPFC上方植入藥管。在病毒注射三周后，向mPFC注射CNO或生理鹽水。與生理鹽水處理組相比，接受CNO處理的小鼠在懸尾實驗和強迫游泳實驗中不動時間增加，糖水偏好下降。然而，當通過hM4Di來抑制mPFC中表達nNOS的神經元時，這種效應被阻斷。各組在糖水偏好實驗中的總液體攝入量沒有顯著差異。這些發(fā)現(xiàn)表明，mPFC中表達nNOS的神經元對抑郁相關行為的影響受到pPVT谷氨酸能投射的調控。

圖三 CDK5的亞硝基化修飾是mPFC中表達nNOS的神經元介導抑郁相關行為所必需的

已有研究表明，病理性NO釋放可導致CDK5的S-亞硝基化修飾，從而介導抑郁相關行為。作者推測CDK5可能參與了mPFC中表達nNOS的神經元對抑郁行為的調控。首先在mPFC中給予DETA/NONOate（一種NO供體）處理后，利用生物素轉換法和底物依賴性NADH氧化法分別檢測了CDK5的表達、亞硝基化水平及其特異性活性。結果顯示，DETA/NONOate顯著增加了CDK5的亞硝基化水平和其特異性活性，但對CDK5的總表達量沒有影響。相反，在激活mPFC中表達nNOS的神經元時，使用L-VNIO（一種nNOS抑制劑）可以阻止CDK5的亞硝基化及其活性升高，而不會改變CDK5的表達水平。此外，當抑制mPFC中表達nNOS的神經元后，CMS所誘導的CDK5亞硝基化增加及其活性增強也被顯著阻斷，這一結果與CMS引發(fā)的抑郁樣行為的緩解一致。作者構建了一種重組腺相關病毒AAV-CMV-CDK5-C83/157S-3Flag-T2A-eGFP，該病毒編碼的小鼠CDK5在第83位和第157位的半胱氨酸突變?yōu)榻z氨酸（Cys83Ser和Cys157Ser），使CDK5無法發(fā)生亞硝基化修飾。隨后將該病毒或對照病毒AAV-hSyn-DIO-hM3Dq-mCherry注入nNOS-Cre小鼠的mPFC區(qū)域，并在病毒注射三周后腹腔注射CNO或生理鹽水。實驗結果顯示，AAV病毒可在mPFC中高效表達CDK5-C83/157S蛋白。該突變有效阻止了由激活mPFC中表達nNOS的神經元所引起的CDK5亞硝基化和活性增強。行為學測試表明，在mPFC中過表達CDK5-C83/157S可以防止由激活mPFC表達nNOS神經元所誘導的抑郁樣行為。接下來，為了探究在mPFC中抑制CDK5的S-亞硝基化是否會影響NO供體DETA/NONOate的作用，將AAV-CDK5-C83/157S或對照病毒注入mPFC，并在上方植入藥管。三周后通過藥管連續(xù)七天給予DETA/NONOate或生理鹽水。結果顯示，DETA/NONOate在對照組小鼠中顯著增強了CDK5的S-亞硝基化和酶活性，而在過表達CDK5-C83/157S的小鼠中，這些效應明顯減弱。行為學測試也顯示，DETA/NONOate在對照組中誘導了抑郁樣行為，而在CDK5-C83/157S過表達小鼠中這些行為被顯著抑制。最后，作者在CMS暴露前兩周將AAV-CDK5-C83/157S或對照病毒注入小鼠mPFC以探索抑制mPFC中CDK5的亞硝基化是否能夠緩解CMS所引發(fā)的抑郁樣行為。行為學結果顯示，過表達CDK5-C83/157S減少了CMS所引起的懸尾實驗和強迫游泳實驗中的不動時間，并恢復了糖水偏好實驗中的糖水偏好下降。綜上所述，在mPFC中，NO的釋放可刺激CDK5發(fā)生S-亞硝基化修飾，這一過程是由表達nNOS的神經元激活所觸發(fā)的，并且是調控抑郁相關行為的重要分子機制之一。

本研究表明，接受來自pPVT投射的mPFC中表達nNOS的神經元在調控抑郁相關行為中發(fā)揮了重要作用。這些神經元可能成為治療抑郁障礙、特別是與慢性應激相關疾病的新靶點。

文章來源

https://www.nature.com/articles/s41386-025-02163-7