王紅梅,宮建剛
(山東省泰安第二中學(xué),山東泰安 271000)
重度抑郁癥(MDD,major depressive disorder)也就是常說的抑郁是一種常見的心境障礙,它嚴(yán)重影響到人們的生活和工作的各個方面,而且長期嚴(yán)重的抑郁會導(dǎo)致自殺的發(fā)生.預(yù)計到2020年,抑郁癥將在全世界范圍內(nèi)成為導(dǎo)致勞動能力喪失的第二大疾?。?].流行病學(xué)的研究表明,人群中重度抑郁患者的比例約為10%,且女性中的比例高于男性[2].
導(dǎo)致抑郁癥發(fā)生的因素是多方面的,主要有遺傳和環(huán)境兩個方面.抑郁癥的家庭研究表明,抑郁癥病人的一級親屬的發(fā)病率是普通人群的2~3倍[2],但僅此不足以說明遺傳的影響力,因為家庭的共患率同樣包含了環(huán)境的因素.而雙生子的研究能更有力地支持遺傳因素的作用.Kendler的一項包含15000對雙生子的研究表明,抑郁癥易感性的估計遺傳力女性是42%,男性是29%,全體是37%,說明抑郁癥是部分遺傳的[3].另一方面,大量的研究表明,個體經(jīng)歷的壓力生活事件或者生命早期遭受的忽視和虐待與抑郁的發(fā)生有很強(qiáng)的相關(guān)[4-5].近年來,對抗抑郁藥物的藥理研究以及對抑郁患者的腦成像和腦解剖的研究表明,抑郁的發(fā)生與腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的紊亂以及海馬、邊緣系統(tǒng)等腦區(qū)的功能減弱有關(guān).
抑郁發(fā)生的單胺類假說源于抗抑郁藥物的服用使兩種重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)-五羥色胺和去甲腎上腺素在腦內(nèi)神經(jīng)元細(xì)胞外的濃度增加,由此假設(shè)抑郁的發(fā)生是由于在分布著特定受體的腦區(qū)單胺類分子的缺乏造成的[6].
5-HT是在胚胎發(fā)育過程中就在中縫核神經(jīng)元產(chǎn)生的,通過軸突轉(zhuǎn)運(yùn)到大腦的丘腦、邊緣皮層、下丘腦、海馬、杏仁核等腦區(qū),與分布于各腦區(qū)的不同的受體結(jié)合,作用于下游的信號傳導(dǎo)和相關(guān)基因的表達(dá).位于突觸間隙的5-HT能被前突觸神經(jīng)元表面的5-HT轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(5-HT Transporter,5-HTT)轉(zhuǎn)運(yùn)回前突觸神經(jīng)元用于進(jìn)一步的傳遞.大量的研究表明,5-HT系統(tǒng)的失衡與抑郁和焦慮的發(fā)生密切相關(guān).檢查抑郁癥患者的腦脊液(CSF)中的5-HT的代謝物(5-HIAA)的含量,發(fā)現(xiàn)較正常人低.SSRI是一類廣泛使用的有效的抗抑郁藥物,其藥理是通過作用于突觸前神經(jīng)元的5-HT轉(zhuǎn)運(yùn)體(5-HT transporter,5-HTT)選擇性阻斷5-HT的重攝取(re-uptake),使突觸間隙、受體附近的5-HT的濃度提高,從而使人的抑郁癥狀得到緩解.已發(fā)現(xiàn)的5-HT受體有14種,在人類的特定的發(fā)育階段和特定的腦區(qū)表達(dá)并行使功能[7-8].在小鼠實驗中,5-HT1AR基因敲除的小鼠表現(xiàn)出焦慮樣行為增加[8],而5-HT2AR基因敲除的小鼠則表現(xiàn)出低焦慮[9],表明不同受體的作用可能是不同的.為了研究受體怎樣行使功能,Svenningsson等人利用酵母雙雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一個與5-HT1BR相互作用的蛋白質(zhì)p11,p11能夠使5-HT1BR更多地定位于突觸神經(jīng)細(xì)胞的表面.進(jìn)一步的研究表明,抑郁的人和小鼠的腦中p11蛋白水平較低,而施用抗抑郁藥物的小鼠腦中的p11蛋白水平增加,表明p11蛋白的水平與抑郁的發(fā)生和抗抑郁藥物的作用相關(guān).p11基因敲除小鼠表現(xiàn)出抑郁樣的表型,而且對5-HT1BR激動劑和抗抑郁藥物的反應(yīng)性降低;如果過表達(dá)p11蛋白能產(chǎn)生抗抑郁藥物的效果,使抑郁癥狀減輕[10].5-HTT基因敲除的小鼠表現(xiàn)出焦慮和抑郁樣的行為[11].在人類的相關(guān)性研究中,Caspi等的研究發(fā)現(xiàn)位于5-HTT基因啟動子調(diào)控區(qū)域的一段DNA序列的多態(tài)性與壓力情境下抑郁的發(fā)生相關(guān).
另一類單胺類分子多巴胺分子的信號途徑也發(fā)現(xiàn)與抑郁的發(fā)生有關(guān).位于中腦邊緣系統(tǒng)的多巴胺系統(tǒng)與大腦的獎賞機(jī)制有關(guān),該系統(tǒng)的紊亂也會導(dǎo)致某些抑郁癥狀的出現(xiàn),所以也被認(rèn)為是參與抑郁的發(fā)生.多巴胺通過與多巴胺受體結(jié)合作用于下游的信號途徑,在已發(fā)現(xiàn)的五個受體中(D1,D2,D3,D4,D5),D2受體(DRD2)研究的最多.Park等發(fā)現(xiàn)了與DRD2直接相互作用的一個蛋白分子Par-4,Par-4是與神經(jīng)細(xì)胞的死亡相關(guān)的分子.破壞了Par-4和DRD2相互作用的突變小鼠表現(xiàn)出抑郁樣的表型,說明多巴胺信號途徑的減弱也與抑郁的發(fā)生有關(guān)[12].
應(yīng)激被認(rèn)為是導(dǎo)致抑郁發(fā)生的環(huán)境因素,當(dāng)應(yīng)激發(fā)生時,大腦會做出相應(yīng)的應(yīng)激反應(yīng)來保護(hù)生物體免受傷害,包括促腎上腺激素釋放激素和垂體后葉加壓素的釋放,HPA軸的激活,ACTH的釋放,到最后的腎上腺皮質(zhì)甾類激素的濃度的升高.皮質(zhì)甾類激素有兩類受體:鹽皮質(zhì)激素受體和糖皮質(zhì)激素受體,MR的親和性要比GR大的多,二者共同分布于大腦的邊緣系統(tǒng)和其他腦區(qū)[13].這兩個受體可以自身作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因的表達(dá),也可以與其他的轉(zhuǎn)錄因子相互作用調(diào)控基因的表達(dá).二者的功能并不相同,MR主要負(fù)責(zé)保持應(yīng)激反應(yīng)的神經(jīng)回路的興奮性,而GR對感知信息的評估和恢復(fù)體內(nèi)平衡以及信息的儲存有重要作用[14].但是如果大腦不能對應(yīng)激做出合適的反應(yīng),就會導(dǎo)致抑郁和焦慮的發(fā)生.也就是說,抑郁和焦慮的發(fā)生是與HPA系統(tǒng)失調(diào),大腦不能做出適當(dāng)?shù)膽?yīng)激反應(yīng)有關(guān).HPA系統(tǒng)相關(guān)基因突變的小鼠模型研究了HPA系統(tǒng)的各個基因敲除或過量表達(dá)后產(chǎn)生的不同的表型和內(nèi)分泌生理變化(CRH knockout,CRH over-expression,CRHR1 knockout,Conditional CRHR1 knockout,CRHR2 knockout,CRHR1/CRHR2 double knockout,GR anti-sense,GR knockout,Conditional GR knockout,GR Conditional over-expression,GR over-expression),但是有的表型不明顯,有的表型不統(tǒng)一,可能由于單個基因的效應(yīng)有限,或者基因之間存在相互作用,所以分析基因的作用時一定要小心[15].
大量研究表明神經(jīng)營養(yǎng)因子與抑郁的發(fā)生有關(guān),研究最多的是腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子.應(yīng)激使邊緣系統(tǒng)BDNF的表達(dá)降低,而抗抑郁治療能夠增加BDNF的表達(dá).而且,對抑郁癥自殺患者的尸體的海馬檢驗發(fā)現(xiàn)BDNF表達(dá)較低,曾服用了抗抑郁藥物的患者的BDNF表達(dá)水平比未曾服用的要高[16].在小鼠實驗中,局部注入BDNF到特定腦區(qū)能夠產(chǎn)生類似服用了抗抑郁藥物的行為模型,但是在BDNF全突變和條件性突變的小鼠表現(xiàn)出的表型并不一致(并不都是抑郁的表型)[17],這可能是由于BDNF基因突變的影響需要一段時間才能顯現(xiàn)出來,也可能需要其他基因或是環(huán)境的作用才能顯現(xiàn)出來.BDNF和5-HT雙突變的小鼠的HPA活性明顯增強(qiáng)并表現(xiàn)出焦慮增加[18],此研究表明BDNF和5-HT系統(tǒng)存在相互作用,都與抑郁的發(fā)生有關(guān).BDNF分子的val66met多態(tài)性影響了BDNF的分泌,進(jìn)而影響海馬的功能和人類的記憶,在小鼠實驗中,應(yīng)激情境下BDNF-met/met的小鼠表現(xiàn)出焦慮行為增加[19].人類關(guān)于BDNF-val66met多態(tài)性與抑郁和焦慮的相關(guān)分析的研究還未得到一致的結(jié)果,Kaufman研究了BDNF-val66met和5HTTLPR-s/l以及環(huán)境因素和抑郁的關(guān)系發(fā)現(xiàn),被虐待的兒童如果同時攜有BDNF-met66met和5HTTLPR-s/s基因型最容易抑郁[20],說明抑郁的發(fā)生是多基因和環(huán)境共同作用的產(chǎn)物.此外,也有研究表明,其他的神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子也與抑郁的發(fā)生有關(guān).
應(yīng)激性生活事件被認(rèn)為是導(dǎo)致抑郁發(fā)生的環(huán)境因素[21],但是為什么不同的人對應(yīng)激性生活事件的反應(yīng)不同呢?有的人能夠承受巨大的壓力,而有的人即使很小的壓力也會被擊垮.Caspi等人的研究回答了這一問題.他們的研究表明,5-HTT基因在壓力事件誘發(fā)抑郁發(fā)生的過程中起到調(diào)制的作用.在人群中,5-HTT基因的啟動子的調(diào)節(jié)區(qū)域有兩類基因型,短的等位基因由于缺失了44bp的堿基,使5-HTT基因的表達(dá)活性降低,從而減弱了5-HT的重攝取,使5-HT系統(tǒng)的功能減弱.個體在經(jīng)歷應(yīng)激性生活事件后,攜有短的等位基因的個體比攜有長的等位基因的個體更容易抑郁[4].此研究表明,攜有短的5-HTTLPR的個體有更高的抑郁易感性,但是只有經(jīng)歷了生活壓力事件后才更可能發(fā)生抑郁,相反那些攜有長的5-HTTLPR的個體即使經(jīng)歷了生活壓力事件也不容易抑郁.基因?qū)σ钟舻淖饔檬且詡€體暴露于生活壓力事件為條件的,而經(jīng)歷了生活壓力事件的個體是否容易抑郁取決于其基因型,抑郁的發(fā)生取決于基因和環(huán)境的交互作用.Kendler等的研究也發(fā)現(xiàn),當(dāng)個體在遇到中等程度的壓力時,攜帶有短的5-HTT等位基因的個體比攜帶有長的等位基因的個體更容易抑郁,二者之間差異顯著,但在面臨非常嚴(yán)重的壓力事件時,不同基因型的個體之間的表現(xiàn)差異不顯著[22].而Eley等對基因和環(huán)境的相互作用對青少年抑郁發(fā)生的影響的研究中發(fā)現(xiàn),5-HTT基因與家庭環(huán)境壓力的相互作用只對女性青少年的抑郁發(fā)生有顯著影響[23].
基因和環(huán)境的相互作用一方面是指基因型賦予個體對環(huán)境因素的敏感性或者易感性,易感性高的個體當(dāng)遇到環(huán)境中的風(fēng)險因素時更容易引發(fā)疾病或心境障礙如抑郁、焦慮等.另一方面,環(huán)境也能夠影響基因的表達(dá),比如當(dāng)我們應(yīng)對應(yīng)激時,我們的大腦和身體會合成大量的神經(jīng)遞質(zhì)和激素使我們能夠做出反應(yīng),神經(jīng)遞質(zhì)及激素的合成過程就需要相關(guān)的基因的表達(dá).
早期環(huán)境對兒童的正常的發(fā)育和發(fā)展至關(guān)重要,特別是母親和兒童之間的互動對兒童早期的腦神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及情緒、認(rèn)知的發(fā)展都有重要影響.Meaney等關(guān)于大鼠的母親照料模型的研究給我們揭示了其中可能的分子機(jī)制[24].我們知道,生物體對應(yīng)激的反應(yīng)是通過HPA系統(tǒng)的調(diào)節(jié)介導(dǎo)的,應(yīng)激信號刺激神經(jīng)系統(tǒng)釋放CRF,CRF和CRF受體作用刺激前部垂體釋放促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH),ACTH刺激腎上腺糖皮質(zhì)激素的合成和釋放,糖皮質(zhì)激素通過與其受體(GR)結(jié)合負(fù)反饋調(diào)節(jié)CRF的合成和釋放,因而降低了HPA對應(yīng)激的反應(yīng),使人體得到恢復(fù).如果糖皮質(zhì)激素與其受體作用所起的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用減弱或者降低,就會導(dǎo)致CRF濃度增加,HPA對應(yīng)激反應(yīng)活性增強(qiáng),如果持續(xù)的時間過長就很容易導(dǎo)致抑郁或焦慮的發(fā)生[13].Meaney等的研究表明,在出生后的第一周經(jīng)歷了更多母鼠照料的成年鼠表現(xiàn)出中等的HPA對應(yīng)激的反應(yīng),而經(jīng)歷了較少母鼠照料的成年鼠則表現(xiàn)出更高的HPA對應(yīng)激的反應(yīng)[24].體內(nèi)和體外的研究表明母鼠照料使海馬的糖皮質(zhì)激素受體表達(dá)增加,負(fù)反饋調(diào)節(jié)增加.GR的表達(dá)是通過一個轉(zhuǎn)錄因子–神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)蛋白A與GR的外顯子7啟動子區(qū)序列的結(jié)合及相互作用來調(diào)控的,外顯子7啟動子區(qū)含有NGFI-A的結(jié)合序列(5’CG GGGG CG3’).Weaver等對GR外顯子7啟動子區(qū)的NGFI-A的結(jié)合序列(5’CG GGGG CG3’)的甲基化狀態(tài)進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了較少母鼠照料的成年鼠的5’CpG甲基化程度要高于經(jīng)歷了更多母鼠照料的成年鼠,而且交叉飼養(yǎng)能夠改變5’CpG甲基化程度,表明母鼠的照料方式直接與GR外顯子7啟動子區(qū)的5’CpG甲基化程度有關(guān).高甲基化的啟動子區(qū)抑制轉(zhuǎn)錄因子NGFI-A的結(jié)合使GR的表達(dá)降低.進(jìn)一步的研究表明,在小鼠出生之前(胚胎期20天,E20),GR啟動子區(qū)都是未甲基化的,出生后一天,啟動子區(qū)開始重新甲基化,在出生后的第二天到第六天,經(jīng)歷更多母鼠照料的小鼠的NGFI-A結(jié)合序列的5’CpG去甲基化,呈低甲基化;而經(jīng)歷較少母鼠照料的小鼠沒有去甲基化,呈高甲基化,而且這種因幼年母鼠照料不同而引起的基因甲基化狀態(tài)的不同可以穩(wěn)定保持到成年.染色質(zhì)免疫沉淀的實驗分析表明,經(jīng)歷更多母鼠照料的小鼠有更高的組蛋白H3-K9乙?;透叩腘GFI-A與結(jié)合序列的結(jié)合[25].綜上所述,P1-P6之間更多的母鼠照料使GR啟動子區(qū)甲基化程度降低,組蛋白H3-K9乙?;?,染色體結(jié)構(gòu)改變,使NGFI-A與GR啟動子區(qū)的結(jié)合和相互作用增強(qiáng),GR的表達(dá)增強(qiáng),HPA的負(fù)反饋活性提高,最終使HPA對應(yīng)激的反應(yīng)適中;相反地,較少的母鼠照料則會導(dǎo)致HPA對應(yīng)激的反應(yīng)太高,導(dǎo)致抑郁或焦慮的發(fā)生.那么,幼年不幸的經(jīng)歷打下的“烙印”能夠改變嗎?
Weaver等的進(jìn)一步的研究表明,向經(jīng)歷較少母鼠照料的成年鼠的腦中注入一種組蛋白去乙?;敢种苿┄CTSA,使組蛋白H3-K9乙?;岣?,NGFI-A與啟動子序列的結(jié)合增強(qiáng),GR啟動子區(qū)甲基化降低,GR的表達(dá)增強(qiáng),使HPA對應(yīng)激的反應(yīng)適中,逆轉(zhuǎn)了P1-P6母鼠較少的照料對小鼠的影響[26].Weaver等則向經(jīng)歷更多母鼠照料的成年鼠腦中注入蛋氨酸(l-methionine)-一種甲基化的供體,結(jié)果提高了GR啟動子區(qū)甲基化,使NGFI-A的結(jié)合和相互作用降低,GR表達(dá)降低,HPA對應(yīng)激的反應(yīng)增強(qiáng),逆轉(zhuǎn)了P1-P6母鼠更多的照料對小鼠的影響[27].
以上的機(jī)制并不僅僅限于GR的表達(dá)調(diào)控,很有可能是一種環(huán)境作用于基因表達(dá)的普遍機(jī)制.例如,Nestler的研究表明,應(yīng)激能夠誘導(dǎo)BDNF的表達(dá)降低,同時伴隨著組蛋白甲基化的增加,長期的抗抑郁藥物能夠增加BDNF的表達(dá),同時伴隨著組蛋白乙?;奶岣吆徒M蛋白去乙酰化酶表達(dá)的降低,說明染色體結(jié)構(gòu)的變化可能是介導(dǎo)應(yīng)激、基因表達(dá)和抑郁的分子機(jī)制[16].
Castren認(rèn)為抑郁發(fā)生的原因在于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息加工出現(xiàn)了問題,而抗抑郁藥物能夠使問題得到修復(fù)而緩解或治愈抑郁.該理論認(rèn)為,環(huán)境和基因能夠影響神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和神經(jīng)元之間的連接,從而影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息加工儲存[6].大量研究表明,5-HT能夠影響大腦早期的神經(jīng)發(fā)育如細(xì)胞分裂分化、神經(jīng)元遷移、突觸形成、神經(jīng)發(fā)生等[7].研究發(fā)現(xiàn),只有在出生后的早期發(fā)育階段5-HT1AR基因敲除的小鼠產(chǎn)生焦慮樣的行為表型,成年小鼠基因敲除則沒有焦慮樣的行為表型[8].降低生命發(fā)育早期的小鼠的5-HTT的量能夠在長大的成年鼠中產(chǎn)生不正常的情緒行為[28].以上研究表明,生命早期發(fā)育階段5-HT系統(tǒng)的紊亂使腦神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育受影響,使調(diào)節(jié)情緒反應(yīng)的神經(jīng)回路易于受環(huán)境應(yīng)激的影響而產(chǎn)生抑郁和焦慮.腦成像的研究表明,抑郁癥患者灰質(zhì)、前額葉皮層和海馬的體積減少.而在嚙齒類動物的研究中發(fā)現(xiàn),抗抑郁藥物能夠使嚙齒類動物海馬中的新神經(jīng)元數(shù)目增加,與人類抑郁治療中需要一段時間對應(yīng),增加的神經(jīng)發(fā)生是由長期持續(xù)的抗抑郁藥物的施用引起的,新產(chǎn)生的神經(jīng)元只有分化成熟后才能參與信息加工.更進(jìn)一步的研究表明,抗抑郁藥物能夠提高軸突和樹突的發(fā)芽,使新神經(jīng)元成熟,促進(jìn)突觸形成使神經(jīng)元連接增加.所以,抑郁的發(fā)生可能與大腦相關(guān)神經(jīng)回路的發(fā)育異常有關(guān).
人類的腦成像技術(shù)給我們提供了一些線索,Hariri的研究表明,當(dāng)給被試呈現(xiàn)害怕性的刺激時,攜有一個或兩個拷貝的短的5-HTTLPR(5-HTT-Linked Polymorphism Region)基因型的個體有更高的杏仁核神經(jīng)活性[29].因為5-HTTLPR-s/s基因型被認(rèn)為與抑郁的發(fā)生相關(guān),而抑郁癥患者的大腦的體積減少,前部扣帶回和杏仁核神經(jīng)回路異常,所以Pezawas等人想知道是否是5-HTTLPR-s/s基因型影響了大腦體積的減少和相關(guān)神經(jīng)回路的異常而導(dǎo)致了抑郁的發(fā)生.他們利用結(jié)構(gòu)性核磁共振成像和功能性核磁共振成像檢測了攜有5-HTTLPR-s/s基因型的健康個體的大腦體積和對害怕性刺激的反應(yīng)時大腦中特定回路的功能性的聯(lián)合.結(jié)果表明,攜有5-HTTLPR-s/s基因型的健康個體的大腦結(jié)構(gòu)和功能的變化與抑郁病人相似,灰質(zhì)體積減少,前部扣帶和杏仁核之間的功能性聯(lián)合減弱[30],這種基因型影響的神經(jīng)回路的變化賦予了個體更高的易感性,在遇到壓力生活事件時更容易抑郁.
以上的研究表明,基因和環(huán)境的相互作用是通過影響大腦的調(diào)控情緒的特定的神經(jīng)回路而影響抑郁發(fā)生的.腦成像技術(shù)給我們提供了一種可以研究基因或是環(huán)境對大腦的特定腦區(qū)和特定神經(jīng)回路的結(jié)構(gòu)和功能的影響的方法.
抑郁的發(fā)生受遺傳和環(huán)境相互作用的影響,遺傳因素本身就能夠影響基因的表達(dá)的不同,進(jìn)而影響了大腦神經(jīng)回路的功能,從而通過影響人的認(rèn)知、情緒加工等賦予個體對環(huán)境應(yīng)激的不同的敏感性;環(huán)境因素如生命早期的忽視、虐待以及與父母的互動,生活中遇到的創(chuàng)傷或者應(yīng)激事件等也有可能會通過表觀遺傳學(xué)的機(jī)制影響基因的表達(dá),進(jìn)而影響抑郁的發(fā)生.雖然,分子遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)以及人類的相關(guān)性的研究給我們提供了一些線索,但是抑郁發(fā)生的分子機(jī)制和神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)還遠(yuǎn)未揭示.
隨著人類基因組測序的完成,人類基因組單體型計劃[31]和表觀基因組計劃[32]的實施,以及小鼠的抑郁模型的發(fā)展[33]和大腦成像技術(shù)的發(fā)展,人們現(xiàn)在可以從基因變異、表觀遺傳學(xué)、動物行為模型和分子遺傳學(xué)以及大腦影像學(xué)等不同的方面揭示抑郁發(fā)生的機(jī)理,為治療抑郁提供理論基礎(chǔ).
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