突觸是神經元之間在功能上發生聯系的部位，也是信息傳遞的關鍵部位。目前一般認為抑郁癥患者腦突觸的數目比正常人少，其依據為：研究發現抑郁模型動物中前額葉皮層、海馬腦區突觸減少，尸檢后抑郁癥患者前額葉皮層、海馬腦區也出現突觸減少，同時突觸功能相關的基因表達降低、突觸信號蛋白水平減低（1，2，3）。
此外，大腦影像學證據表明抑郁癥患者和創傷后應激障礙(PTSD)患者背外側前額葉皮質（dlPFC）、海馬、扣帶皮層腦區的體積減少，這可能與突觸丟失有關。
最近耶魯大學Irina Esterlis研究團隊和美國威爾·康奈爾醫學院C. Liston研究組利用不同的研究方法卻進一步支持了突觸丟失與抑郁癥的關系，前者發現突觸丟失越多，抑郁癥患者越嚴重，后者發現突觸再生可以維持氯胺酮發揮抗抑郁作用。
（一）小小突觸竟然決定抑郁嚴重程度
盡管目前越來越多的證據表明抑郁癥中存在突觸丟失。但是，目前缺乏在體研究抑郁癥患者的突觸數目變化的證據。
近日耶魯大學精神病學系副教授Irina Esterlis 博士在nature communications雜志上發表Lower synaptic density is associated withdepression severity and network alterations（4）的研究論文通過對抑郁癥患者正子造影斷層掃描(Positron Emission Tomography, PET)發現抑郁癥患者神經元突觸的密度比正常人的要少，并且神經元突觸密度越小說明抑郁癥狀越嚴重。
Irina Esterlis 博士
圖片來源https://medicine.yale.edu/psychiatry/century/people/irina_esterlis-1.profile
SV2A(突觸小泡糖蛋白2a) 是神經元突觸小泡上的一種跨膜糖蛋白，普遍存在于大腦神經元突觸上，可用來量化突觸密度。為了實現對抑郁癥患者大腦活體檢測突觸密度，研究人員利用可以和突觸囊泡糖蛋白2a（SV2A）發生結合的放射性配體[11C]UCB-J解決了上述問題。
結合[11C]UCB-J對26個抑郁患者，21個健康成年人進行PET成像結果發現背外側前額葉皮質、海馬、扣帶皮層的突觸密度與抑郁癥患病嚴重程度成負相關，即突觸密度越低，抑郁癥患者癥狀越嚴重（圖1, 漢密頓抑郁量表（Hamilton Depression Scale，HAMD-17）是臨床上評定抑郁狀態時應用得最為普遍的量表,得分越高，抑郁越嚴重。）
圖1 突觸密度與抑郁癥患者嚴重程度的相關性分析
研究人員將HAMD得分低于14分，定義為輕度抑郁癥患者，14分以上定義為重度抑郁癥患者，結果發現輕度抑郁癥患者中背外側前額葉皮質、海馬、扣帶皮層突觸密度與正常成年人沒有差異，但是在重度抑郁癥患者中這些腦區的突觸密度降低。
此外，利用功能性核磁共振（MRI）發現抑郁癥患者dlPFC腦區的功能性連接降低。利用種子相關分析方法進一步發現dlPFC-pACC(扣帶皮層后部)的功能性連接越強，抑郁癥狀越嚴重（圖2）。
圖2，抑郁癥患者dlPFC腦區的功能性連接降低
此外，運用行為學實驗發現抑郁癥患者的語言記憶能力降低。重度抑郁癥患者的工作記憶能力受損，但是輕度抑郁癥患者并不存在這種損傷。健康成人、輕度抑郁癥患者、重度抑郁癥患者的視覺注意力實驗中并未發現差異。
關聯性研究發現扣帶皮層、背外側前額葉皮質的突觸密度與語言記憶能力成正相關關系。令人驚訝的是，dlPFC-pACC功能性連接越強，工作記憶能力越弱，即認知功能損傷越嚴重（圖3）。
圖3，突觸密度與認知功能之間的相關性關系
總的來說，這項研究首次利用抑郁癥患者活體檢測發現抑郁癥嚴重程度與突觸密度之間存在關聯。該項研究發現dlPFC-pACC這條神經環路與抑郁癥嚴重程度高度相關，可能為抗抑郁的研究機制提供一個新的方向。
（二）小小突觸竟能維持氯胺酮的抗抑郁作用
一直以來，研究認為氯胺酮發揮抗抑郁作用的同時，促進了突觸的新生，但是突觸的重構是以因果關系還是以相關關系參與到氯胺酮的快速抗抑郁作用不得而知。為解決這一問題，研究人員利用雙光子活體動態觀察樹突棘的變化（樹突棘與突觸并不是嚴格上的一一對應關系，樹突棘是神經元樹突質膜上形成的微小膜狀突起，是興奮性突觸信號的主要接收位點）。
近日威爾康奈爾醫學院神經科學與精神病學副教授C. Liston博士在science雜志上發表Sustained rescue of prefrontal circuit dysfunction by antidepressant-induced spine formation（6）的文章發現氯胺酮通過恢復突觸的連接改善抑郁樣行為。
Conor Liston博士
圖片來源：https://www.listonlab.net/lab_members.html
通過飲入方式慢性皮質酮21天后小鼠出現抑郁樣行為表型（糖水消耗降低、懸尾實驗中不動時間增加等），利用雙光子顯微鏡發現小鼠mPFC腦區的樹突棘消失速度增加、新生速度降低，而在給予單次氯胺酮治療后mPFC腦區的樹突棘消失速度恢復至正常水平、新生速度增加（圖1）。
圖1 氯胺酮逆轉皮質酮引起的突觸丟失
氯胺酮可能并不是毫無頭緒、不加選擇的誘導突觸形成從而間接補償慢性應激引起突觸損失，恰恰相反，氯胺酮可能精確的、特異性的恢復丟失的突觸。
為驗證這一設想，研究人員意外地發現給予單次氯胺酮治療后竟然可以在慢性應激誘導樹突棘丟失的地方再次形成樹突棘，簡單的說，慢性應激在什么地方使突觸丟失，氯胺酮就會在那個地方使突觸新生，盡管發生這樣的重塑并不是百分之百的，但是有大約47.7%重塑，這樣的比例也是很高了（圖2）。
圖2 氯胺酮使消失的樹突棘在同一位置重生
以往研究發現興奮性突觸的丟失會導致功能環路的紊亂（7），那么慢性皮質酮促使突觸丟失，這種破壞會不會引起mPFC腦區功能環路的變化？
功能鈣成像技術通過熒光信號的改變反映細胞內游離鈣離子濃度，以此代表細胞的功能狀態。目前它被廣泛應用于實時監測一群相關神經元內鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。
該技術的出現使得科學家可以窺視神經信號在神經網絡之中時間和空間上的傳遞穿梭。研究人員巧妙利用雙光子顯微鏡鈣成像技術發現10天慢性皮質酮后mPFC腦區功能性連接明顯減少，單次氯胺酮治療后該腦區的功能性連接恢復至正常水平（圖3）。
圖3 氯胺酮恢復慢性應激導致的功能性連接
看到這里，大多數讀者會認為這和之前氯胺酮通過促進突觸新生發揮抗抑郁的作用機制差不多，并沒有太大的進展。但是該研究團隊站在以往研究進展的“肩膀”上又向前推進了一步。
他們發現氯胺酮的抗抑郁作用在3小時后就會出現，此時被破壞mPFC的功能性連接開始恢復，但是樹突棘的形成在氯胺酮處理3-6小時后并未增加，在12-24小時這個時間段明顯增加。這就表明樹突棘新生并不與氯胺酮發揮抗抑郁作用之間存在因果關系，但是有可能在氯胺酮發揮抗抑郁過程中起到維持作用。
為進一步證實這種關系，研究人員利用光遺傳學技術將氯胺酮誘導新生的樹突棘消失后，其抗抑郁作用也就不存在了。
圖4 氯胺酮的快速抗抑郁作用機制圖
總的來說，本文確切發現恢復mPFC功能性連接與氯胺酮發揮抗抑郁作用的因果關系，而樹突棘新生可能是參與維持氯胺酮發揮作用（圖4）。
小編的話：今天解析了兩篇文章，見識了小小的突觸，在抑郁癥中的重要作用，大家有收獲嗎？歡迎留言跟我們一起討論。
參考文獻：
1.Kang, H. J. et al. Decreased expression of synapse-related genes and loss of synapses in major depressive disorder.Nat. Med.18, 1413 (2012).
2. Feyissa, A. M., Chandran, A., Stockmeier, C. A. & Karolewicz, B. Reduced levels of NR2A and NR2B subunits of NMDA receptor and PSD-95 in the prefrontal cortex in major depression.Progress.NeuroPsychopharmacol.Biol.Psychiatry33,70–75 (2009).
3. Duric, V. et al. Altered expression of synapse and glutamate related genes in post-mortem hippocampus of depressed subjects.Int. J. Neuropsychopharmacol.16,69–82 (2013)
4.Duman R S, Aghajanian G K. Synaptic dysfunction in depression: potential therapeutic targets.[J]. Science, 2012, 338(6103):68-72.
5.Sophie E. Holmes, Dustin Scheinost, Sjoerd J. Finnema，Lower synaptic density is associated with depression severity and network alterations；nature communications (2019) 10:1529.
6.R. N. Moda-Sava et al., (2019), Sustained rescue of prefrontal circuit dysfunction by antidepressant-induced spine formation, Science, DOI: 10.1126/science.aat8078
7.Paolicelli R C , Bolasco G , Pagani F , et al. Synaptic Pruning by Microglia Is Necessary for Normal Brain Development[J]. Science, 2011, 333(6048):1456-1458.
