METH是一種被廣泛濫用的興奮劑藥物，其具有強烈的成癮性，并且大劑量或長期使用METH會誘發精神障礙(MIP)。MIP表現出與精神分裂癥(SCZ)相似的癥狀，包括多動、躁動及認知缺陷等，盡管SCZ和MIP有相似之處，但MIP的發病機制與SCZ不同，目前人們對其發病機制還知之甚少。雖然Notch1信號通路已被證明在一些精神疾病的發病機制中發揮作用，但其在MIP中的作用仍不清楚。

2022年6月22日，西安交通大學法醫學院陳騰教授、官方霖教授團隊等在Molecular Psychiatry期刊上發表“Medialprefrontal cortex Notch1 signalling mediates methamphetamine-inducedpsychosis via Hes1-dependent suppression of GABAB1 receptor expression”的研究工作。這項研究揭示了mPFC神經元Notch1信號通路在調控MIP中的重要作用，并提出了Notch1-Hes1-GABAB1途徑調控MIP的新機制。

圖1：論文圖

高度保守的Notch信號通路參與干細胞的發育及分化。Notch受體Notch1可以調節從無脊椎動物到哺乳動物大腦功能中的突觸可塑性和長期記憶。而在MIP中突觸可塑性和記憶能力均受到影響，這意味著Notch1可能與MIP的神經功能損傷有關。已有研究表明，Notch1失衡與多種精神疾病的發病機制相關，如SCZ、抑郁和焦慮。然而，Notch1通路是否以及如何參與MIP仍不清楚。在METH致敏后，小鼠mPFC、伏隔核(NAc)和海馬(Hip)中GABA轉運體和受體的表達發生變化，而Notch1信號轉導與GABA轉運體或受體存在關聯。因此，作者推測Notch1信號通過調控GABA能基因表達參與MIP神經功能障礙。

01 首先，研究人員建立了METH小鼠模型（METH sensitized），并對其進行了曠場實驗驗證其表型。結果顯示METH小鼠具有顯著的焦慮樣表型。然后作者評估了與精神病相關的mPFC、NAc和海馬腦區的Notch1信號水平，其中僅有mPFC中Notch1、Jagged1、RBP-J和Hes1信號相關的mRNA水平下降，而NAc、海馬中則沒有變化。因此，作者選擇mPFC作為目標腦區。隨后作者建立SCZ小鼠模型，并對其進行了行為學測試。結果顯示：SCZ小鼠在曠場中活動能力增強而在中 央停留時間減少，高架迷宮（EPM）中進入開放臂的次數減少，社交測試(SIT)中社交時間減少，懸尾測試(TST)中靜止時間增加，新物體識別測試(NOR)中認知得分減少。這些表型確實與METH致敏小鼠類似，然而在SCZ小鼠mPFC中，Notch1信號相關的mRNA水平未發生顯著變化。
 

圖2：Notch1信號通路在METH致敏小鼠mPFC中特異性下調
 

02 在接下來的研究中，研究人員使用Notch1信號通路抑 制劑DAPT注射到小鼠mPFC中，發現DAPT緩解了METH小鼠的焦慮樣癥狀。下調mPFC神經元Notch1胞內結構域（NICD）還可以緩解METH的相關行為學障礙——認知障礙，抑郁及焦慮表型，并增加其在社交測試中的社交時間。而使用syn-NICD-shRNA和syn-NICD-OE分別抑 制和增強mPFC神經元胞內Notch1信號通路的活動可以分別緩解和加劇METH小鼠的焦慮樣癥狀。
 

圖3：mPFC中Notch1信號的差異化表達能夠調節MIP行為
 

03 mPFC神經元活性的失調是引起MIP的關鍵因素。為了驗證在METH誘導的運動缺陷中，mPFC神經元活性是否與Notch1信號有關，課題組使用shRNA下調了mPFC神經元NICD表達水平，并使用光纖記錄技術（瑞沃德光纖記錄系統）同步記錄mPFC神經元的鈣信號：結果顯示第1天急性METH給藥后鈣信號顯著下降，而在第23天給藥后其鈣信號顯著下降后短時間內又恢復正常，同時與給藥前信號相比顯著降低。而當給予生理鹽水，急性期及激發期不同組信號均未見明顯變化。
 

圖4：mPFC中NICD的下調可以減弱致敏小鼠的神經元活性

04  METH誘發運動致敏的動物模型伴有抑 制性神經遞質（GABA等）和興奮性神經遞質（谷氨酸等）的失調，同時Notch1信號與GABA受體和轉運體蛋白表達相關。為了驗證GABA能系統與Notch1信號調節METH致敏機制相關，實驗結果顯示：METH小鼠mPFC中GABA受體和轉運體的mRNA表達水平下降，而與急性METH組相比，間歇給藥組組GABAAß1、GABAB1和GAT1的mRNA水平顯著上調。此外，增強或減弱Notch1信號可分別下調和上調GABAB1受體和轉運體的mRNA表達水平。此外，免疫熒光雙染檢測發現Notch1與GABAB1受體在mPFC細胞中的共表達，表明mPFC中Notch1可能負向調控GABAB1受體的表達。
 

圖5：mPFC中Notch1信號負調控GABAB1受體的表達

05 Hes1是Notch1信號的下游轉錄抑 制因子，在神經元中表達并控制GABA能分化。當增強或減弱Notch1信號可分別上調和下調Hes1表達水平，而GABAB1受體水平變化則相反。JASPAR數據庫的結果也預測了Hes1在GABAB1啟動子上具有3個潛在結合位點。另外ChIP-qPCR結果顯示，在GABAB1受體啟動子的特異性結合位點(引物3)，Hes1明顯富集。

圖6：Notch1信號通過Hes1直接調節GABAB1受體的表達

06 最 后，研究人員同時調控小鼠mPFC中Notch1和GABAB受體的活性，并測試METH致敏行為。通過phaclofen和baclofen分別抑 制和興奮GABAB受體，可以逆轉syn-NICD-shRNA和syn-NICD-OE對METH敏化小鼠的行為學改變。而syn-NICD-shRNA和syn-NICD-OE組中GABAB2受體表達沒有變化。
 

圖7：Notch1信號通過GABAB1受體調節METH誘導的運動缺陷

總結

使用METH誘導的嚙齒動物運動致敏模型，作者發現在致敏小鼠的內側前額葉皮層(mPFC)中，Notch1信號下調。Notch1信號轉導通過調控mPFC的神經元活動并雙向改變METH誘導的運動致敏和其他MIP行為。此外，Notch1信號通路通過Notch1信號通路中的轉錄抑 制因子Hes1負調控METH致敏小鼠mPFC中GABAB1受體的表達。同時，作者證明了Hes1可以直接結合GABAB1受體啟動子，mPFC中GABAB受體的藥理學調節逆轉了由Notch1信號轉導功能障礙引起的METH誘導的運動致敏的變化。

研究人員的發現揭示了一個之前未被識別的Notch1-Hes1-GABAB1受體依賴機制，該機制涉及MIP中mPFC神經元活動和行為表型的調節，提出了Notch1信號傳導與MIP相關的神經可塑性之間的重要關聯。這些發現將為MIP的研究提供機制見解，并促進MIP新療法的開發。

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原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41380-022-01662-z.pdf