陈雅洁 李月峰
重度抑郁症(major depressive disorder，MDD)是一种慢性疾病，会对人的心理社会功能产生重大影响[1]。目前抑郁疾病发病机制尚未完全明确，主流假说包括单胺类递质假说、炎症假说、应激假说、神经可塑性假说等[2]。其中以小胶质细胞激活为特征的神经炎症假说在疾病的发生、发展中扮演着越来越重要的角色。研究结果表示，持续应激或感染等病理状态下，小胶质细胞会被过度激活，此时会级联反应放大炎症过程，这不仅导致脑内炎性细胞因子水平增高，而且导致神经元损伤和丢失[3]。
18kDa转位蛋白(18-kDa translocator protein，TSPO)是一种线粒体外膜蛋白，是广泛应用于神经炎症的标志物，它在激活的小胶质细胞中特异性上调[4]。研究发现，神经炎症与MDD患者扣带回皮质、海马、前额叶、岛叶等脑区TSPO结合率升高有关[5,6]。TSPO的放射性配体18F-DPA-714能标记脑区内小胶质细胞的激活从而反映出炎症的发生、发展[7]。同时18F-FDG能反映脑区能量代谢随时间的变化，但尚未见神经炎症发生与脑区代谢相关性的研究报道。正电子发射断层扫描(positron emission tomography，PET)示踪剂的发展，可以在在体水平监测在疾病进展过程中的生物事件，为在体内研究MDD提供了一种无创的方法[8]。本研究拟采用18F-DPA-714与18F-FDG相结合动态采集大鼠抑郁建模过程中PET神经炎症与能量代谢数据，旨在分子影像学层面揭示抑郁模型中脑区炎症的变化与脑区代谢的关系。
1.实验动物：选用清洁级成年健康SD大鼠20只，体质量为180～220g，由江苏大学实验动物中心提供(实验动物许可证号：
2021.35188)。实验前自由摄取水、食物，保持自然昼夜节律，适应性饲养1周并对其进行行为学评分。
2.分组与CUMS模型建立：将20只大鼠随机分成两组，即对照组(n=10)和模型组(n=10)，模型组单笼饲养，对照组每笼10只。模型组采取禁食、禁水24h，倾斜鼠笼45°，电击足底1min，悬尾3min，冰水(4℃)游泳5min，昼夜颠倒，热水(45℃)游泳5min，噪声刺激3min及潮湿鼠笼24h等9种不同刺激，实验方法根据孙美芳等[9]改进，每天随机采取1种方式，共持续6周。在实验前及第2周末、第4周末及第6周末行相应行为学检测及PET/CT扫描，其中18F-DPA-714和18F-FDG扫描间隔24h。行为学检测结果显示，于第6周建模成功。
3.抑郁大鼠模型体质量及行为学检测：(1)体质量检测：应激开始前，在合适的环境中依次测量所有大鼠体质量。应激开始后在第2、4、6周末于喂食前在相同的环境中对每只大鼠体质量进行测量。(2)蔗糖偏好：实验前，先对大鼠进行适应性训练3天，即在笼内放置两个瓶子，一个装有1%蔗糖水，另一个装有常规饮用纯水，两个瓶子的位置每天都会交换(从左到右，从右到左)。适应性训练结束后禁食、禁水24h。鼠笼内准备2瓶常规饮用纯水与1%的蔗糖水。待1h后结束实验，记录大鼠总的液体消耗量、饮用纯水与蔗糖水摄取量。结果判定：糖水偏好值(%)=[糖水摄取量/(糖水摄取量+纯水摄取量)]×100%。(3)强迫游泳：在测试前1天对大鼠进行预实验：将大鼠置于透明圆筒(高25cm，直径15cm，水温25±2℃，水深20cm)中，预测时长为15min，随后取出、擦干放入笼中。测试当天，将大鼠再次放入相同的环境进行测试，测试时长6min。结果判定：对每一只大鼠测试的后4min进行记录，记录在水中保持“不动状态”的时间。
4.microPET-CT成像：(1)18F-FDG显像：大鼠禁食8h后，对大鼠进行称重，采用异氟烷进行麻醉(麻醉剂量5min/L，维持剂量2min/L)。Inveon Micro-PET扫描仪进行扫描，头先进，俯卧位标准轴位。通过尾静脉注射18F-FDG(0.2ml/100g,3.7～5.5MBq)采集能量代谢图像。PET图像采集参数如下：层厚0.78mm， 矩阵128×128，采集时间20min，采集能窗(350～650)kV。CT扫描参数如下：电压80kV，电流80mA，层厚1mm，采集时间10min。(2)18F-DPA-714显像：对大鼠进行称重，采用异氟烷进行麻醉(麻醉剂量5min/L，维持剂量2min/L)。Inveon Micro-PET扫描仪进行扫描，头先进，俯卧位标准轴位。通过尾静脉注射18F-DPA-714(0.2ml/100g,3.7～5.5MBq)后动态扫描1h。扫描参数如下：层厚1mm，矩阵128×128，电流500μA，电压80kV，采集能窗(350～650)kV。
5.图像分析：18F-FDG采集的数据经衰减校正后采用三维有序子集最大期望值法(three dimensional ordered subsets expectation maximum，3D-OSEM)进行重建。18F-DPA-714动态采集的数据通过以下分帧方式重组：6×10s、4×60s、5×300s、3×600s，将各帧数据图像用最大后验估算法(maximum a posterior，MAP)，3D-OSEM进行重建，通过INVEON软件分析。将重建的PET/CT测量结果与大鼠脑MRI模板图谱手动对齐。选择不同的脑区作为感兴趣区(region of interest，ROI)，得到ROI在不同时间点(5s、15s、25s、35s、45s、55s、90s、150s、210s、270s、450s、750s、1050s、1350s、1650s、2100s、2700s和3300s)摄取值，并最终得出SUVmean。
1.应激时间对大鼠体质量及行为学指标影响：在应激过程中，对照组与模型组各阶段的体质量及行为学指标的变化被测量并记录。结果显示，随着应激时间延长，模型组大鼠体质量逐渐增加但低于对照组(P<0.05)，行为学指标不动时间延长，糖水偏好值下降。其中，应激第2周末时，仅体质量变化差异有统计学意义(体质量：P<0.05，图1A；
不动时间：P>0.05，图1B；
糖水偏好值：P>0.05，图1C)。而应激第4周、第6周末，体质量及行为学进一步变化,差异有统计学意义(P均<0.05)。
图1 两组不同时间点大鼠体质量及行为学结果比较与同时间点对照组比较，*P<0.001
2.应激过程中18F-DPA-714动态变化和18F-FDG动态变化：为了探索模型组大鼠脑区神经炎症变化及代谢关系，在应激过程中，脑内神经炎症水平(18F-DPA-714)和代谢(18F-FDG)被同期检测记录。对照组大鼠脑区结构显示清晰，代谢和炎症摄取放射性分布均匀。模型组应激2周后，仅海马和前额叶18F-DPA-714 SUVmean出现变化(P<0.05)，而18F-FDG SUVmean未出现明显改变(P>0.05)。应激4周后，扣带回皮质和岛叶出现18F-DPA-714 SUVmean上升和18F-FDG SUVmean下降，同时第4周海马和前额叶18F-DPA-714 SUVmean较第2周进一步升高，18F-FDG SUVmean进一步下降。应激6周后，海马、前额叶、扣带回皮质和岛叶较第4周18F-DPA-714 SUVmean进一步升高，18F-FDG SUVmean水平较第4周进一步下降。不同组18F-DPA-714与18F-FDG摄取值变化详见表1。模型组18F-DPA-714和18F-FDG海马摄取图详见图2和图3。
表1 两组不同时间点大鼠脑区18F-DPA-714和18F-FDG SUVmean比较
图2 不同时间点模型组大鼠海马18F-DPA-714摄取变化PET-CT显示随着应激时间的变化，模型组海马中的18F-DPA-714 SUVmean值逐渐升高
图3 不同时间点模型组大鼠海马18F-FDG摄取变化 PET-CT显示随着应激时间的变化，模型组海马中的18F-FDG SUVmean值逐渐下降
3.18F-DPA-714与18F-FDG相关性：进一步分析炎性水平和代谢水平之间的变化，结果显示，在给予应激4、6周后，扣带回皮质、海马、前额叶、岛叶的炎性水平和代谢变化趋势相反。进一步相关分析表明，仅在第6周后，以上脑区的代谢(18F-FDG SUVmean)与炎性水平(18F-DPA-714 SUVmean)呈负相关(海马r=-0.64，P<0.05；
前额叶r=-0.75，P<0.05；
扣带回皮质r=-0.73，P<0.05；
岛叶r=-0.67，P<0.05；
图4)，而在第4周后，未出现显著的相关性(P均>0.05)。
图4 应激6周后18F-DPA-714和18F-FDG SUVmean在不同脑区(海马、前额叶、扣带回皮质、岛叶)分布相关性(n=10)
本研究以抑郁大鼠为主要研究对象，采用PET-CT扫描技术非侵入性动态检测大鼠模型中神经炎症(18F-DPA-714)与代谢(18F-FDG)异常分布的脑区同时对其两者进行相关性分析。结果表明，在应激第2周后海马、前额叶18F-DPA-714 SUVmean开始增加，第4、6周进一步增加。扣带回皮质和岛叶在应激第4周后18F-DPA-714 SUVmean开始增加，第6周进一步增加。同期在这些脑区中18F-FDG SUVmean逐渐下降，这与相关脑区的神经炎症变化趋势具有一致性，相关性分析显示，仅在第6周相关脑区18F-DPA-714和18F-FDG摄取之间有显著相关性。本研究发现，相关脑区的炎症变化稍早于代谢的变化，并且神经炎症累积进一步导致了代谢的改变，基于PET-CT有望对非侵入性量化神经炎症和代谢提供重要的影像学依据。
近年来，抑郁症的炎症假说受到了广泛关注。大量研究表明，抑郁症可能与小胶质细胞激活和神经炎症有关[4]。神经炎症是对组织损伤的一种先天免疫反应，在包括精神疾病在内的许多中枢神经系统疾病中起着重要作用，并被认为是MDD的启动、复发和发展的原因[10]。笔者在临床研究中常用CUMS抑郁大鼠模型与孤养模式相结合能有效模拟人类抑郁症的核心症状，同时此过程也是模拟人类从正常状态逐步达到抑郁状态，并随病程延长而发生病理生理变化的过程[11]。
目前，多种影像学技术对脑部疾病结构和功能起到了重要作用，就抑郁症而言，对其发病机制、病理生理机制提供了客观依据[12]。MDD特征是至少有一次重度抑郁发作，持续至少2周，其临床表现复杂，并与分子、代谢和炎症改变相关[13]。TSPO在活化的小胶质细胞高度表达，这使其成为神经炎症的潜在靶点[4]。因此，PET等功能性神经影像学技术被广泛应用于在体内非侵入性追踪小胶质细胞的激活，并可作为一系列病理条件下神经炎症的生物学标志物，包括MDD[14]。大量研究结果表明，在MDD患者中，海马结构、前额叶皮质、扣带回皮质和岛叶TSPO特异性上调，这与笔者的研究结果一致[5,6]。
Wang等[15]研究表明，小胶质细胞的激活介导了慢性不可预见性轻度应激(chronic unpredictable mild stress,CUMS)诱导的抑郁和焦虑样行为和海马神经炎症，并且在给予米诺环素后抑制了海马小胶质细胞的激活，减少了CUMS诱导的抑郁样行为。此外，米诺环素还抑制了促炎性细胞因子的表达，提示小胶质细胞诱导的神经炎症可能在CUMS诱导的抑郁样行为的发病机制中起重要作用。Zhu等[16]研究证明，首发抑郁症患者海马18F-FDG摄取能力下降，同时代谢能力也下降，始终表现为轻度摄取，缓慢代谢的过程。并且另有研究表明，低糖低代谢与患者的认知功能的下降有关[9]。然而，既往研究大多数为横断面研究，难以对神经炎症及代谢的变化形成连续性观察。此外，对于神经炎症与代谢之间的动态变化及其两者的相关性的研究有也鲜有报道。在本项研究中，体内18F-DPA-714及18F-FDG PET-CT组合方法被用于评估CUMS诱导的抑郁模型中脑区神经炎症及能量代谢，并且在之前研究上进一步探究神经炎症与能量代谢的潜在关系。本研究发现特征性脑区炎症的富集有可能最终导致代谢的异常。
本研究仍有不足之处，例如样本量偏小，这在一定程度产生了偏倚。在今后的研究中，笔者将进一步扩大样本量予以证实。
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