研究目的:抑郁症影响着全球至少3.22亿人,至2030年或将成为全球疾病负担第一位,因此抑郁症的发病机制和治疗措施已成为世界科技前沿的热点、难点问题。运动对抑郁症防治效果显著,但作用机制不明。近年来在运动抗抑郁相关的脑区和信号分子上获得的信息越来越多,然而大脑结构与信号分子形成的神经环路在运动抗抑郁中的作用尚有待研究。已有研究显示,催产素(Oxytocin,OXT)在调控应激相关行为中发挥重要作用,下丘脑室旁核(PVN)-伏隔核(NAc)催产素能神经环路(PVN-NAc OXT)参与Vorinostat细胞培养调控社交奖赏行为,运动可提高血液和PVN的OXT水平,然而PVN-NAc OXT能神经环路是否介导抑郁行为及运动干预效应目前尚不清楚。本研究旨在探究PVN-NAc OXT能神经环路在应激诱导抑郁行为及运动抗抑郁中的作用及神经机制,以期进一步阐明抑郁症发病及其运动干预的神经环路机制。研究方法:本实验使用6周龄的雄性C57BL/6J品系的野生型(Wild Type,WT)小鼠。采用为期4周的昏暗光线慢性束缚构建慢性应激诱导的小鼠抑郁症模型。采用为期4周的中等强度跑台运动进行运动干预。采用脑立体定位注射,向NAc核团注射逆行示踪染料霍乱毒素B亚基(Cholera Toxin Subunit B,CTB)进行神经环路示踪。采用脑立体定位注射,向NAc核团注射OXT神经元特异性启动子装载Cre重组酶逆行腺相关病毒r AAV2/Retro-OXT-Cre,并向PVN核团注射Cre依赖表达mCherry荧光蛋白的AAV2/9-DIO-mCherry腺相关病毒,进行特异性PVN-NAc OXT能神经环路标记。采用脑立体定位注射,向NAc核团注射r AAV2/Retro-OXT-Cre逆行腺相关病毒、PVN核团注射Cre依赖编码hM4Di/hM3Dq的r AAV2/9-DIO-hM4Di-mCherry和r AAV2/9-DIO-hM3Dq-mCherry腺相关病毒,并腹腔注射化学遗传学诱导药物氯氮平-N-氧化物(Clozapine-N-oxide, CNO),进行PVN-NAc OXT能神经环路的化学遗传学激活或抑制。采用糖水偏好实验(Sucrose Preference Test,SPT)、强迫游泳实验(Forced Swim Test,FST)、悬尾实验(Tail Suspension Test,TST)和开场实验(Open Field Test,OFT)检测小鼠抑郁行为。行为学检测之后采用腹腔注射1.2%的阿佛丁对小鼠进行深度麻醉,一部分小鼠进行处死后取NAc组织用于提取组织总RNA;另一部分小鼠进行心脏灌注PBS、4%多聚甲醛,随后取脑组织,进行脱水、包埋,制备冰冻切片。采用PCR阵列检测小鼠NAc中神经递质受体基因的表达并进行生物信息学分析。采用免疫组化检测PVN中OXT阳性神经元数量和OXT表达水平。采用免疫荧光检测NAc中c-fos表达,采用免疫荧光检测PVN中OXT与c-fos共标记、OXT与CTB共标记、OXT与mCherry共标记,以及mCherry与c-fos共标记情况。研究结果:通过对小鼠进行为期4周的昏暗光线下的慢性束缚和跑台运动干预,发现慢性应激诱导小鼠出现典型的抑郁行为,表现为SPT中糖水偏好减少(P<0.01),FST和TST中不动时间增加(P<0.05),FST和TST中挣扎时间减少(P<0.05)。跑台运动改善了应激引起的抑郁行为,包括SPT中糖水偏好的增加(P<0.05),FST和TST中不动时间的减少(P<0.05),以及TST中挣扎时间的增加(P<0.05)。在此基础上,通过检测即刻早期基因c-fos(神经元激活标志物)表达,发现慢性应激降低了小鼠NAc的神经元活性(P<0.01),而运动提高了慢性应激小鼠NAc的神经元活性(P<0.05)。进一步利用神经递质受体PCR阵列分析发现,慢性应激改变了NAc中19个基因的表达(|fold change|>1.5)。运动改变了应激小鼠NAc中61个基因的表达(fold change|>1.5)。使用KEGG数据库对差异表达基因进行的生物信息学分析,发现差异表达的基因在尼古丁成瘾通路中富集,说明慢性应激和运动干预涉及调控奖赏系统。在慢性应激诱导的19个差异表达基因中,有15个基因被运动所逆转。采用火山图进一步分析了运动干预作用下的差异基因表达,筛选出了NAc中受运动干预调控的TOP1差异表达基因催产素受体(Oxytocin receptor,Oxtr)。通过检测PVN中OXT的表达,发现慢性应激可以降低PVN的OXT水平(P<0.01),而跑台运动可以提高PVN的OXT水平(P<0.05)。通过利用OXT与c-fos免疫荧光双标,发现慢性应激可以降低PVN的OXT神经元活性(P<0.01),而跑台运动可以提高PVN的OXT神经元活性(P<0.01)。利用神经环路示踪技术,发现慢性应激可抑制PVN-NAc OXT能神经环路活性(P<0.01),而4周的跑台运动可以提高慢性应激小鼠PVN-NAc OXT能神经环路活性(P<0.01)。采用化学遗传学神经环路操控技术,发现PVN-NAc OXT能神经环路的化学遗传学抑制增加了正常小鼠在FST和TST中的不动时间(P<0.05),并减少了在FST(P<0.05)和TST(P<0.01)中的挣扎时间,表明PVN-NAc OXT能神经环路抑制诱导正常小鼠出现抑郁行为。采Gluten immunogenic peptides用化学遗传学激活PVN-NAc OXT能神经环路,发现应激小鼠在SPT中糖水偏好增加(P<0.05),FST中的不动时间减少(P<0.01),以及FST中挣扎时间(P<0.05)和OFT中探洞次数增加(P<0.01),说明PVN-NAc OXT环路的激活可以改善慢性应激诱导的小鼠抑郁行为。进一步利用化学遗传学操控PVN-NAc OXT能神经环路,发现PVN-NAc OXT能神经环路的化学遗传学抑制阻断了运动对慢性应激小鼠抑郁行为的改善作用,表现为FST(P<0.05)和TST(P<0.01)不动时间的增加,TST中挣更多扎时间的减少(P<0.01),以及OFT中的探洞次数的增加(P<0.01)。研究结论:本研究揭示了PVN投射至NAc的OXT能神经环路在抑郁行为中的双向调控作用,并证明了运动的抗抑郁作用依赖于激活PVN-NAc OXT能神经环路。该研究结果为抑郁症的发病机制提供了新的见解,并为运动的抗抑郁机制提供神经环路水平的科学解释。