陳雅潔 李月峰

重度抑郁癥(major depressive disorder，MDD)是一種慢性疾病，會對人的心理社會功能產生重大影響[1]。目前抑郁疾病發(fā)病機制尚未完全明確，主流假說包括單胺類遞質假說、炎癥假說、應激假說、神經可塑性假說等[2]。其中以小膠質細胞激活為特征的神經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。研究結果表示，持續(xù)應激或感染等病理狀態(tài)下，小膠質細胞會被過度激活，此時會級聯反應放大炎癥過程，這不僅導致腦內炎性細胞因子水平增高，而且導致神經元損傷和丟失[3]。

18kDa轉位蛋白(18-kDa translocator protein，TSPO)是一種線粒體外膜蛋白，是廣泛應用于神經炎癥的標志物，它在激活的小膠質細胞中特異性上調[4]。研究發(fā)現，神經炎癥與MDD患者扣帶回皮質、海馬、前額葉、島葉等腦區(qū)TSPO結合率升高有關[5,6]。TSPO的放射性配體18F-DPA-714能標記腦區(qū)內小膠質細胞的激活從而反映出炎癥的發(fā)生、發(fā)展[7]。同時18F-FDG能反映腦區(qū)能量代謝隨時間的變化，但尚未見神經炎癥發(fā)生與腦區(qū)代謝相關性的研究報道。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)測在疾病進展過程中的生物事件，為在體內研究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相結合動態(tài)采集大鼠抑郁建模過程中PET神經炎癥與能量代謝數據，旨在分子影像學層面揭示抑郁模型中腦區(qū)炎癥的變化與腦區(qū)代謝的關系。

材料與方法

1.實驗動物：選用清潔級成年健康SD大鼠20只，體質量為180～220g，由江蘇大學實驗動物中心提供(實驗動物許可證號： 2021.35188)。實驗前自由攝取水、食物，保持自然晝夜節(jié)律，適應性飼養(yǎng)1周并對其進行行為學評分。

2.分組與CUMS模型建立：將20只大鼠隨機分成兩組，即對照組(n=10)和模型組(n=10)，模型組單籠飼養(yǎng)，對照組每籠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，實驗方法根據孫美芳等[9]改進，每天隨機采取1種方式，共持續(xù)6周。在實驗前及第2周末、第4周末及第6周末行相應行為學檢測及PET/CT掃描，其中18F-DPA-714和18F-FDG掃描間隔24h。行為學檢測結果顯示，于第6周建模成功。

3.抑郁大鼠模型體質量及行為學檢測：(1)體質量檢測：應激開始前，在合適的環(huán)境中依次測量所有大鼠體質量。應激開始后在第2、4、6周末于喂食前在相同的環(huán)境中對每只大鼠體質量進行測量。(2)蔗糖偏好：實驗前，先對大鼠進行適應性訓練3天，即在籠內放置兩個瓶子，一個裝有1%蔗糖水，另一個裝有常規(guī)飲用純水，兩個瓶子的位置每天都會交換(從左到右，從右到左)。適應性訓練結束后禁食、禁水24h。鼠籠內準備2瓶常規(guī)飲用純水與1%的蔗糖水。待1h后結束實驗，記錄大鼠總的液體消耗量、飲用純水與蔗糖水攝取量。結果判定：糖水偏好值(%)=[糖水攝取量/(糖水攝取量+純水攝取量)]×100%。(3)強迫游泳：在測試前1天對大鼠進行預實驗：將大鼠置于透明圓筒(高25cm，直徑15cm，水溫25±2℃，水深20cm)中，預測時長為15min，隨后取出、擦干放入籠中。測試當天，將大鼠再次放入相同的環(huán)境進行測試，測試時長6min。結果判定：對每一只大鼠測試的后4min進行記錄，記錄在水中保持“不動狀態(tài)”的時間。

4.microPET-CT成像：(1)18F-FDG顯像：大鼠禁食8h后，對大鼠進行稱重，采用異氟烷進行麻醉(麻醉劑量5min/L，維持劑量2min/L)。Inveon Micro-PET掃描儀進行掃描，頭先進，俯臥位標準軸位。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圖像采集參數如下：層厚0.78mm， 矩陣128×128，采集時間20min，采集能窗(350～650)kV。CT掃描參數如下：電壓80kV，電流80mA，層厚1mm，采集時間10min。(2)18F-DPA-714顯像：對大鼠進行稱重，采用異氟烷進行麻醉(麻醉劑量5min/L，維持劑量2min/L)。Inveon Micro-PET掃描儀進行掃描，頭先進，俯臥位標準軸位。通過尾靜脈注射18F-DPA-714(0.2ml/100g,3.7～5.5MBq)后動態(tài)掃描1h。掃描參數如下：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采集的數據經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)進行重建。18F-DPA-714動態(tài)采集的數據通過以下分幀方式重組：6×10s、4×60s、5×300s、3×600s，將各幀數據圖像用最大后驗估算法(maximum a posterior，MAP)，3D-OSEM進行重建，通過INVEON軟件分析。將重建的PET/CT測量結果與大鼠腦MRI模板圖譜手動對齊。選擇不同的腦區(qū)作為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，得到ROI在不同時間點(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 果

1.應激時間對大鼠體質量及行為學指標影響：在應激過程中，對照組與模型組各階段的體質量及行為學指標的變化被測量并記錄。結果顯示，隨著應激時間延長，模型組大鼠體質量逐漸增加但低于對照組(P<0.05)，行為學指標不動時間延長，糖水偏好值下降。其中，應激第2周末時，僅體質量變化差異有統計學意義(體質量：P<0.05，圖1A；不動時間：P>0.05，圖1B；糖水偏好值：P>0.05，圖1C)。而應激第4周、第6周末，體質量及行為學進一步變化,差異有統計學意義(P均<0.05)。

圖1 兩組不同時間點大鼠體質量及行為學結果比較與同時間點對照組比較，*P<0.001

2.應激過程中18F-DPA-714動態(tài)變化和18F-FDG動態(tài)變化：為了探索模型組大鼠腦區(qū)神經炎癥變化及代謝關系，在應激過程中，腦內神經炎癥水平(18F-DPA-714)和代謝(18F-FDG)被同期檢測記錄。對照組大鼠腦區(qū)結構顯示清晰，代謝和炎癥攝取放射性分布均勻。模型組應激2周后，僅海馬和前額葉18F-DPA-714 SUVmean出現變化(P<0.05)，而18F-FDG SUVmean未出現明顯改變(P>0.05)。應激4周后，扣帶回皮質和島葉出現18F-DPA-714 SUVmean上升和18F-FDG SUVmean下降，同時第4周海馬和前額葉18F-DPA-714 SUVmean較第2周進一步升高，18F-FDG SUVmean進一步下降。應激6周后，海馬、前額葉、扣帶回皮質和島葉較第4周18F-DPA-714 SUVmean進一步升高，18F-FDG SUVmean水平較第4周進一步下降。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 兩組不同時間點大鼠腦區(qū)18F-DPA-714和18F-FDG SUVmean比較

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

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

3.18F-DPA-714與18F-FDG相關性：進一步分析炎性水平和代謝水平之間的變化，結果顯示，在給予應激4、6周后，扣帶回皮質、海馬、前額葉、島葉的炎性水平和代謝變化趨勢相反。進一步相關分析表明，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)呈負相關(海馬r=-0.64，P<0.05；前額葉r=-0.75，P<0.05；扣帶回皮質r=-0.73，P<0.05；島葉r=-0.67，P<0.05；圖4)，而在第4周后，未出現顯著的相關性(P均>0.05)。

圖4 應激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、島葉)分布相關性(n=10)

討 論

本研究以抑郁大鼠為主要研究對象，采用PET-CT掃描技術非侵入性動態(tài)檢測大鼠模型中神經炎癥(18F-DPA-714)與代謝(18F-FDG)異常分布的腦區(qū)同時對其兩者進行相關性分析。結果表明，在應激第2周后海馬、前額葉18F-DPA-714 SUVmean開始增加，第4、6周進一步增加?？蹘Щ仄べ|和島葉在應激第4周后18F-DPA-714 SUVmean開始增加，第6周進一步增加。同期在這些腦區(qū)中18F-FDG SUVmean逐漸下降，這與相關腦區(qū)的神經炎癥變化趨勢具有一致性，相關性分析顯示，僅在第6周相關腦區(qū)18F-DPA-714和18F-FDG攝取之間有顯著相關性。本研究發(fā)現，相關腦區(qū)的炎癥變化稍早于代謝的變化，并且神經炎癥累積進一步導致了代謝的改變，基于PET-CT有望對非侵入性量化神經炎癥和代謝提供重要的影像學依據。

近年來，抑郁癥的炎癥假說受到了廣泛關注。大量研究表明，抑郁癥可能與小膠質細胞激活和神經炎癥有關[4]。神經炎癥是對組織損傷的一種先天免疫反應，在包括精神疾病在內的許多中樞神經系統疾病中起著重要作用，并被認為是MDD的啟動、復發(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)模式相結合能有效模擬人類抑郁癥的核心癥狀，同時此過程也是模擬人類從正常狀態(tài)逐步達到抑郁狀態(tài)，并隨病程延長而發(fā)生病理生理變化的過程[11]。

目前，多種影像學技術對腦部疾病結構和功能起到了重要作用，就抑郁癥而言，對其發(fā)病機制、病理生理機制提供了客觀依據[12]。MDD特征是至少有一次重度抑郁發(fā)作，持續(xù)至少2周，其臨床表現復雜，并與分子、代謝和炎癥改變相關[13]。TSPO在活化的小膠質細胞高度表達，這使其成為神經炎癥的潛在靶點[4]。因此，PET等功能性神經影像學技術被廣泛應用于在體內非侵入性追蹤小膠質細胞的激活，并可作為一系列病理條件下神經炎癥的生物學標志物，包括MDD[14]。大量研究結果表明，在MDD患者中，海馬結構、前額葉皮質、扣帶回皮質和島葉TSPO特異性上調，這與筆者的研究結果一致[5,6]。

Wang等[15]研究表明，小膠質細胞的激活介導了慢性不可預見性輕度應激(chronic unpredictable mild stress,CUMS)誘導的抑郁和焦慮樣行為和海馬神經炎癥，并且在給予米諾環(huán)素后抑制了海馬小膠質細胞的激活，減少了CUMS誘導的抑郁樣行為。此外，米諾環(huán)素還抑制了促炎性細胞因子的表達，提示小膠質細胞誘導的神經炎癥可能在CUMS誘導的抑郁樣行為的發(fā)病機制中起重要作用。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，同時代謝能力也下降，始終表現為輕度攝取，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知功能的下降有關[9]。然而，既往研究大多數為橫斷面研究，難以對神經炎癥及代謝的變化形成連續(xù)性觀察。此外，對于神經炎癥與代謝之間的動態(tài)變化及其兩者的相關性的研究有也鮮有報道。在本項研究中，體內18F-DPA-714及18F-FDG PET-CT組合方法被用于評估CUMS誘導的抑郁模型中腦區(qū)神經炎癥及能量代謝，并且在之前研究上進一步探究神經炎癥與能量代謝的潛在關系。本研究發(fā)現特征性腦區(qū)炎癥的富集有可能最終導致代謝的異常。

本研究仍有不足之處，例如樣本量偏小，這在一定程度產生了偏倚。在今后的研究中，筆者將進一步擴大樣本量予以證實。