多伦多大学刘芳/温州医科大学蔡成云团队揭示nNOS神经元介导抑郁行为的新通路

脑声小店基于深度科研洞察，专注为动物实验提供"简器械·精实验"解决方案。我们突破高精设备局限，开发手工定制化仪器及配件，通过科研巧思将基础工具转化为创新实验方案。产品涵盖行为学装置、操作辅助工具等，使实验室在保持操作简效的同时，实现精细化数据采集，助力科研人员以创造性思维发掘简易仪器的潜在科研价值。

2025年7月8日，加拿大多伦多大学刘芳教授以及温州医科大学蔡成云教授在Neuropsychopharmacology发表：nNOS-expressing neurons in the mPFC mediate depressionrelated behaviors in mice through pPVT-mPFC projections，揭示了小鼠中内侧前额叶皮层（mPFC）中表达nNOS的神经元通过投射到丘脑室旁核（pPVT）介导了与抑郁相关的行为。

抑郁症是最常见的精神障碍之一，但其病因机制及其复杂。神经元型一氧化氮合酶（nNOS）已被认为与抑郁症有关，但表达nNOS的神经元的具体作用仍未知。使用化学遗传学方法发现，mPFC中表达nNOS的神经元对于抑郁相关行为至关重要。通过电生理记录，作者确定这些mPFC中表达nNOS的神经元接收来自pPVT的投射。发现从pPVT到mPFC中表达nNOS神经元的兴奋性投射调控了与抑郁相关的行为。激活mPFC中表达nNOS的神经元会导致一氧化氮（NO）的释放，进而增强细胞周期依赖性激酶5（CDK5）的亚硝基化修饰。作者的研究揭示了一种涉及pPVT向mPFC中表达nNOS神经元发出兴奋性投射的抑郁症发生机制，这可能成为未来治疗的新靶点。

图一 mPFC中表达nNOS的神经元在调控抑郁相关行为中的作用

为了研究mPFC中表达nNOS的神经元在抑郁相关行为中的作用，作者采用化学遗传学手段将AAV-hSyn-DIO-hM3Dq注入nNOS-Cre小鼠的mPFC区域，在感染后的nNOS-Cre小鼠急性脑片中应用了CNO，结果显示hM3Dq-eGFP表达神经元的动作电位发放增加。在腹腔注射CNO或生理盐水一小时后进行行为学测试。化学遗传学激活mPFC中表达nNOS的神经元后，小鼠在悬尾实验和强迫游泳实验中的不动时间显著增加，并且在糖水偏好实验中对糖水的偏好降低，而总液体摄入量没有明显变化。这些结果表明，激活mPFC中表达nNOS的神经元可以诱导类似抑郁的行为。为了进一步研究表达nNOS的神经元是否参与抑郁相关行为，对经历慢性轻度应激（CMS）的成年小鼠的mPFC区域进行了nNOS和c-Fos的染色。与对照组动物相比，CMS组小鼠mPFC中同时表达nNOS和c-Fos的神经元数量以及总的c-Fos阳性细胞数量均显著增加，这表明CMS暴露后，mPFC中表达nNOS的神经元被激活。随后，作者在CMS暴露前两周将AAV-hSyn-DIO-hM4Di-eGFP注入nNOS-Cre小鼠的mPFC，以探索抑制这些神经元是否能缓解抑郁相关行为。每天在CMS实验开始前一小时，向小鼠腹腔注射CNO或生理盐水。与生理盐水处理的对照组相比，CMS小鼠在悬尾实验和强迫游泳实验中的不动时间显著增加，糖水偏好下降，表明CMS成功诱导了抑郁相关行为。而在CMS造模过程中，通过CNO抑制mPFC中表达nNOS的神经元，能够防止这些行为变化的发生。此外，仅接受CNO处理但未经历CMS的小鼠在悬尾实验和强迫游泳实验中也表现出抗抑郁样效应。因此，作者的研究结果表明，抑制mPFC中表达nNOS的神经元可以产生抗抑郁样效应。

脑声常谈建立了多个《动物模型构建与行为评估》交流群，群内分享各种经典和前沿的行为范式，共同交流解决动物实验中遇到的棘手问题，避坑少走弯路！有需要的老师可以扫码添加微信进入讨论群！

图二 pPVT投射到mPFC中表达nNOS的神经元介导了对抑郁相关行为的影响

由于已经证实pPVT向mPFC中表达nNOS的神经元发出投射，因此推测这些投射可能参与调控抑郁相关行为。作者将AAV-CaMKIIα-hM3Dq-mCherry病毒注入pPVT以特异性标记来自pPVT的谷氨酸能神经元向mPFC的投射，三周后在mPFC区域微量注射CNO或生理盐水。行为学测试结果显示，激活pPVT向mPFC的谷氨酸能投射会显著增加小鼠在悬尾实验和强迫游泳实验中的不动时间，并降低其在糖水偏好实验中的糖水偏好，而总液体摄入量未发生变化。这些结果表明，激活pPVT向mPFC的投射可以诱导类似抑郁的行为。为了进一步评估pPVT向mPFC投射在抑郁相关行为中的作用，在CMS暴露后检测了小鼠pPVT区域的c-Fos免疫反应活性，随后在CMS实验前两周将AAV-CaMKIIα-hM4Di-mCherry注入pPVT并在mPFC中植入药管。每天在CMS实验开始前30分钟，通过药管向mPFC注射CNO或生理盐水。CNO应用后动作电位发放减少，说明这些神经元被有效抑制。行为学结果显示，CMS成功诱导了抑郁相关行为，表现为悬尾实验和强迫游泳实验中不动时间增加，以及糖水偏好下降。而通过CNO抑制pPVT向mPFC的投射，可以防止这些行为改变的发生。此外，在未经历CMS的对照动物中，抑制pPVT向mPFC的投射也表现出抗抑郁样效应。这些结果表明，pPVT发出的谷氨酸能投射对抑郁相关行为具有重要的调节作用。为了进一步研究mPFC中表达nNOS的神经元对抑郁行为的调控是否依赖于pPVT的输入，作者在nNOS-Cre小鼠中进行了双病毒注射实验。首先，在mPFC中注射AAV-hSyn-DIO-hM4Di-eGFP（或AAV-hSyn-DIO-eGFP作为对照），以选择性操控表达nNOS的神经元；其次，在pPVT中注射AAV-CaMKIIα-hM3Dq-mCherry以标记其向mPFC的投射；最后在mPFC上方植入药管。在病毒注射三周后，向mPFC注射CNO或生理盐水。与生理盐水处理组相比，接受CNO处理的小鼠在悬尾实验和强迫游泳实验中不动时间增加，糖水偏好下降。然而，当通过hM4Di来抑制mPFC中表达nNOS的神经元时，这种效应被阻断。各组在糖水偏好实验中的总液体摄入量没有显著差异。这些发现表明，mPFC中表达nNOS的神经元对抑郁相关行为的影响受到pPVT谷氨酸能投射的调控。

图三 CDK5的亚硝基化修饰是mPFC中表达nNOS的神经元介导抑郁相关行为所必需的

已有研究表明，病理性NO释放可导致CDK5的S-亚硝基化修饰，从而介导抑郁相关行为。作者推测CDK5可能参与了mPFC中表达nNOS的神经元对抑郁行为的调控。首先在mPFC中给予DETA/NONOate（一种NO供体）处理后，利用生物素转换法和底物依赖性NADH氧化法分别检测了CDK5的表达、亚硝基化水平及其特异性活性。结果显示，DETA/NONOate显著增加了CDK5的亚硝基化水平和其特异性活性，但对CDK5的总表达量没有影响。相反，在激活mPFC中表达nNOS的神经元时，使用L-VNIO（一种nNOS抑制剂）可以阻止CDK5的亚硝基化及其活性升高，而不会改变CDK5的表达水平。此外，当抑制mPFC中表达nNOS的神经元后，CMS所诱导的CDK5亚硝基化增加及其活性增强也被显著阻断，这一结果与CMS引发的抑郁样行为的缓解一致。作者构建了一种重组腺相关病毒AAV-CMV-CDK5-C83/157S-3Flag-T2A-eGFP，该病毒编码的小鼠CDK5在第83位和第157位的半胱氨酸突变为丝氨酸（Cys83Ser和Cys157Ser），使CDK5无法发生亚硝基化修饰。随后将该病毒或对照病毒AAV-hSyn-DIO-hM3Dq-mCherry注入nNOS-Cre小鼠的mPFC区域，并在病毒注射三周后腹腔注射CNO或生理盐水。实验结果显示，AAV病毒可在mPFC中高效表达CDK5-C83/157S蛋白。该突变有效阻止了由激活mPFC中表达nNOS的神经元所引起的CDK5亚硝基化和活性增强。行为学测试表明，在mPFC中过表达CDK5-C83/157S可以防止由激活mPFC表达nNOS神经元所诱导的抑郁样行为。接下来，为了探究在mPFC中抑制CDK5的S-亚硝基化是否会影响NO供体DETA/NONOate的作用，将AAV-CDK5-C83/157S或对照病毒注入mPFC，并在上方植入药管。三周后通过药管连续七天给予DETA/NONOate或生理盐水。结果显示，DETA/NONOate在对照组小鼠中显著增强了CDK5的S-亚硝基化和酶活性，而在过表达CDK5-C83/157S的小鼠中，这些效应明显减弱。行为学测试也显示，DETA/NONOate在对照组中诱导了抑郁样行为，而在CDK5-C83/157S过表达小鼠中这些行为被显著抑制。最后，作者在CMS暴露前两周将AAV-CDK5-C83/157S或对照病毒注入小鼠mPFC以探索抑制mPFC中CDK5的亚硝基化是否能够缓解CMS所引发的抑郁样行为。行为学结果显示，过表达CDK5-C83/157S减少了CMS所引起的悬尾实验和强迫游泳实验中的不动时间，并恢复了糖水偏好实验中的糖水偏好下降。综上所述，在mPFC中，NO的释放可刺激CDK5发生S-亚硝基化修饰，这一过程是由表达nNOS的神经元激活所触发的，并且是调控抑郁相关行为的重要分子机制之一。

本研究表明，接受来自pPVT投射的mPFC中表达nNOS的神经元在调控抑郁相关行为中发挥了重要作用。这些神经元可能成为治疗抑郁障碍、特别是与慢性应激相关疾病的新靶点。

文章来源

https://www.nature.com/articles/s41386-025-02163-7