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重度抑郁癥(Major depressive disorder，MDD)與GABA能中間神經(jīng)元的改變有關(guān)，尤其與大腦皮層中的生長(zhǎng)抑素神經(jīng)元(somatostatin，Sst)和小清蛋白神經(jīng)元(parvalbumin，Pvalb)相關(guān)，并且速效抗抑郁藥物被認(rèn)為是通過(guò)抑制GABA能中間神經(jīng)元而發(fā)揮作用的。然而，這些中間神經(jīng)元亞型對(duì)情感行為的影響以及對(duì)速效抗抑郁藥的作用仍有待確定。 
令人遺憾的是，本文的作者之一Ronald Duman院士在2020年02月02日去世，享年66歲，詳見我們?nèi)ツ甑膱?bào)道：突發(fā)！耶魯大學(xué)著名神經(jīng)生物學(xué)家Ronald Duman院士去世，令人惋惜！ 作者首先檢測(cè)了化學(xué)遺傳學(xué)抑制Gad1細(xì)胞后小鼠是否會(huì)出現(xiàn)行為改變。他們將hM4DGi病毒注射到Gad1-cre和WT小鼠的mPFC腦區(qū)中后，膜片鉗記錄顯示，注射CNO的Gad1- cre小鼠腦片中外向電流增加了，且標(biāo)記了Gad1的中間神經(jīng)元發(fā)生了超極化。同時(shí)，在注射hMD4Gi病毒的Gad1-Cre小鼠中，單次注射CNO可顯著減少其FST（Forced swimming test，強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)）中的不動(dòng)時(shí)間，但在NSFT（novelty suppressed feeding test，新環(huán)境進(jìn)食抑制實(shí)驗(yàn)）中無(wú)差異。在膜片鉗記錄結(jié)果也說(shuō)明，化學(xué)遺傳學(xué)抑制Gad1中間神經(jīng)元后，mPFC錐體神經(jīng)元中EPSCs增加，Gad1中間神經(jīng)元產(chǎn)生IPSCs減少。
接著，作者測(cè)試了三種CNO注射方式，探究哪種方式能更持久的抑制Gad1神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)使用3x的CNO會(huì)產(chǎn)生顯著性的抗抑郁藥行為。接下來(lái)，作者同樣在CUS模型下檢測(cè)到，3x CNO的注射會(huì)使感染hMD4Gi病毒的WT小鼠產(chǎn)生抗抑郁效應(yīng)。 
化學(xué)遺傳學(xué)激活mPFC中的Gad1中間神經(jīng)元產(chǎn)生時(shí)間和劑量依賴的快速抗抑郁樣作用。使用同樣的方法，作者進(jìn)一步用化學(xué)遺傳法抑制Sst和Pvalb中間神經(jīng)元。發(fā)現(xiàn)，3x CNO可以有效抑制注射hMD4Gi病毒的Sst-cre小鼠和Pvalb-cre小鼠在FST中的不動(dòng)時(shí)間和NSFT中尋找到食物的潛在時(shí)間。前期有文獻(xiàn)報(bào)道，氯胺酮和東莨菪堿可以增加mPFC中c-Fos陽(yáng)性的細(xì)胞數(shù)量。所以作者進(jìn)一步檢測(cè)了CNO注射60min（抑制GABA能中間神經(jīng)元后），對(duì)c-Fos陽(yáng)性細(xì)胞的影響，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，在Sst-cre小鼠和Pvalb-cre小鼠中注射CNO會(huì)顯著的增加mPFC中c-Fos陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量。但大多數(shù)感染hM4DGi病毒的Sst和pvalb陽(yáng)性細(xì)胞不表達(dá)c-Fos，提示這些細(xì)胞經(jīng)CNO注射后被有效抑制。氯胺酮和東莨菪堿快速和持續(xù)的抗抑郁作用可能與上調(diào)興奮性突觸蛋白進(jìn)而增強(qiáng)突觸功能與作用有關(guān)，這種突觸功能的增加是活動(dòng)依賴性的，被認(rèn)為是由于抑制GABA功能及谷氨酸的快速釋放導(dǎo)致的。接下來(lái)作者進(jìn)一步檢測(cè)了抑制Sst和Pvalb 對(duì)VGLUT1的影響。與之前的給藥方式類似，可以發(fā)現(xiàn)，不論是抑制mPFC中的Sst或Pvalb中間神經(jīng)元，都可以增加VGLUT1的表達(dá)。
化學(xué)遺傳學(xué)抑制mPFC中Sst或Pvalb中間神經(jīng)元會(huì)增加VGLUT1的表達(dá)。既往研究報(bào)道東莨菪堿可通過(guò)阻斷ACh - M1受體而產(chǎn)生快速的抗抑郁作用，在Gad1或Sst中用病毒的特異性敲低Ach-M1，可以阻斷東莨菪堿的快速抗抑郁作用，而在mPFC的Pvalb中間神經(jīng)元中不存在這一現(xiàn)象。在此，作者使用化學(xué)遺傳法來(lái)確定東莨菪堿的抗抑郁作用是否是通過(guò)抑制mPFC中的GABA能神經(jīng)元來(lái)介導(dǎo)的。首先將cre依賴性的hM3DGq病毒注入Gad1、Sst或Pvalb-Cre小鼠的mPFC中，2-3周后用 CNO激活GABA神經(jīng)元，觀察東莨菪堿的抗抑郁樣效果。電生理記錄顯示，注射CNO的mPFC腦片產(chǎn)生了去極化（內(nèi)向電流）。在對(duì)照組小鼠中，東莨菪堿可以產(chǎn)生抗抑郁樣行為，但是在注射了hM3DGq的Gad1、Sst或Pvalb-Cre小鼠中，給與東莨菪堿并不能檢測(cè)到抗抑郁效應(yīng)。并且，在hM3DGq-Pvalb-Cre組中，接受CNO加?xùn)|莨菪堿治療的小鼠在FST中的靜止時(shí)間明顯高于對(duì)照組。并且，化學(xué)遺傳學(xué)激活Sst和Pvalb中間神經(jīng)元會(huì)破壞東莨菪堿對(duì)c-Fos+細(xì)胞和VGLUT1的誘導(dǎo)。
化學(xué)遺傳學(xué)激活mPFC中Gad1、Pvalb或Sst中間神經(jīng)元的破壞了東莨菪堿的快速抗抑郁作用。在項(xiàng)研究中，作者發(fā)現(xiàn)了化學(xué)遺傳學(xué)抑制mPFC中的Gad1，Sst，Pvalb中間神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生劑量和時(shí)間依賴性的抗抑郁行為反應(yīng)，并且錐體神經(jīng)元中EPSCs、c-Fos和VGLUT1表達(dá)增加。這些結(jié)果表明，抗抑郁藥物反應(yīng)下突觸可塑性的改變需要GABA的抑制。重要的是，對(duì)Gad1中間神經(jīng)元的抑制也逆轉(zhuǎn)了由CUS誘導(dǎo)的抑郁樣效應(yīng)，提示GABA能中間神經(jīng)元參與了應(yīng)激誘導(dǎo)的病理生理過(guò)程，因此與抑郁癥病理機(jī)制相關(guān)。綜上所述，這項(xiàng)研究結(jié)果表明，對(duì)Gad1中間神經(jīng)元(包括Sst或Pvalb亞型)的直接化學(xué)遺傳學(xué)抑制足以產(chǎn)生突觸和行為改變，并為mPFC中GABA能神經(jīng)元在快速抗抑郁反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用提供了證據(jù)。Foga?a MV, Wu M, Li C, Li XY, Picciotto MR, Duman RS. Inhibition of GABA interneurons in the mPFC is sufficient and necessary for rapid antidepressant responses. Mol Psychiatry. 2020 Oct 17. doi: 10.1038/s41380-020-00916-y. Epub ahead of print. PMID: 33070149.編譯作者：Sheena（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）
校審：Simon（brainnews編輯部）
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