大麻素受体1通过调控星形胶质细胞参与抑郁症发病机制的研究进展

黄杜娟，罗艳敏，唐 静，肖 倩，梁 芯，秦 露，唐 勇

(1.重庆医科大学 基础医学院组织学与胚胎学教研室, 重庆 400016；2.重庆医科大学 干细胞与组织工程研究室，重庆 400016；3.重庆医科大学 生理学教研室，重庆 400016；4.重庆医科大学 放射医学教研室，重庆 400016；5.重庆医科大学 病理学与病理生理学教研室，重庆 400016)

0 引言

抑郁症是一种以持续或反复发作的心境低落、快感缺失为主要临床特征的精神情绪障碍性疾病[1]。近年研究发现抑郁症在全球的致残率、自杀率正逐年上升[2-3]。因此，抑郁症已成为严重危害人类生命与健康的重大公共卫生问题。药物治疗是目前抑郁症最主要的治疗手段，但研究发现临床上常使用的抗抑郁药5-羟色胺再摄取抑制剂，如盐酸帕罗西汀、氟西汀、西酞普兰等，对抑郁症状的缓解率较低，且存在延迟起效、复发率高等缺陷[4]。氯胺酮作为能快速起效的新型抗抑郁药，虽然在用药几小时内就能显著改善患者的抑郁症状，但是会造成分离性幻觉、成瘾等副作用，极大地限制了其临床应用[5]。因此，深入了解抑郁症的发病机制，寻求更好的治疗手段及合适的靶分子，对提高患者生存质量具有重要意义。

近年来，对于抑郁症大脑中胶质细胞变化的研究成为关注的热点。星形胶质细胞作为中枢神经系统数量最多、分布最广的胶质细胞，可参与调节血脑屏障的形成和维护，中枢神经系统的突触形成，影响神经元的发育和可塑性[6]。以往研究表明，星形胶质细胞在抑郁症病理生理过程中发挥重要功能，已成为抗抑郁药物筛选的靶细胞[7]，但是星形胶质细胞参与抑郁症发病的具体机制尚不完全清楚。内源性大麻素系统(endocannabinoid system, ECS)作为一种潜在的治疗靶点，在治疗癫痫、帕金森症、阿尔茨海默病等疾病中的作用已被证实[8]。有研究表明，ECS可通过介导不同脑区相关疾病的发展过程，在行为和情绪调控中发挥重要作用，而作为ECS中重要组成部分的CB1R参与了抑郁症的发生、发展[9]。研究发现，CB1R可表达于星形胶质细胞，参与调节星形胶质细胞的功能活动。因此，本文旨在回顾内源性大麻素系统的组成、CB1R和星形胶质细胞在治疗抑郁症中的作用以及CB1R参与调节星形胶质细胞功能的研究进展进行综述。

1 内源性大麻素系统

ECS作为一个脂质信号网络，广泛分布在中枢神经系统和外周组织，参与情绪、认知等精神功能以及免疫功能的调控[10]。ECS由大麻素受体(cannabinoid receptor, CBR)、内源性大麻素(endogenous cannabinoids, eCB)、N-花生四烯酰乙醇胺(anandamide, AEA)和2-花生酰甘油(2-arachidonoylglycerol, 2-AG)以及参与eCB合成、降解相关的酶类，如脂肪酸酰胺水解酶(与AEA降解相关)、单酰甘油脂肪酶(与2-AG降解相关)构成。

研究表明，内源性大麻素的生物合成和失活均受到了大麻素受体以及相关酶等复杂信号系统的调控。内源性大麻素受体有两种主要类型：1990年克隆的CB1R和1993年克隆的大麻素受体2(cannabinoid type 2 receptor, CB2R)。CB1R和CB2R均为代谢型跨膜G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor, GPCR)[11]。此外，有证据表明还有其他类型的内源性大麻素受体存在，如孤儿G蛋白偶联受体GPR18、GPR55和GPR119[12-13]。CB1R在中枢神经系统中大量存在，特别是在海马、前额叶皮质、基底节、小脑、杏仁核、脊髓等；在外周，CB1R在心脏、肝脏、肺、肾脏、卵巢、睾丸、胃肠道等周围组织和器官中也有表达。CB2R虽然在额叶皮层、纹状体、基底神经节、海马等大脑区域也有少量表达，但主要分布于外周免疫系统，如脾脏边缘区、免疫细胞、扁桃体等[14-15]。

内源性大麻素受体的发现和鉴定开启了内源性配体的研究。内源性大麻素，具有与天然大麻素—四氢大麻酚(tetrahydrocanna-binol, THC)极为相似的三维结构，属于Ω-6多不饱和脂肪酸的衍生物。与传统的神经递质不同，内源性大麻素不溶于水(由于其脂质结构)，也不储存在突触囊泡中，而是在机体受到某些刺激后由突触后膜按需合成和释放，释放后的内源性大麻素通过扩散的方式到达突触前膜，与突触前膜上的内源性大麻素受体结合，从而发挥生物学效应，如抑制谷氨酸、γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)、去甲肾上腺素、血清素等神经递质的释放[16]。总的来说，内源性大麻素及其受体在各个组织中执行不同的任务，共同参与维持机体内外环境的稳定，使得机体在各个层面保持动态平衡。近年来，ECS在多种类型中枢神经系统疾病的研究受到广泛关注，尤其是CB1R在抑郁症中的作用日益得到重视。

2 CB1R在抑郁症中的作用

以往研究已证实ECS可参与抑郁症的发病机制和治疗机制[17]。有研究发现，在直接参与情绪控制的大脑结构如海马、杏仁核和伏隔核中，可以观察到高密度分布的CB1R[18]。临床研究报道，部分服用过CB1R拮抗剂利莫班纳的患者可出现抑郁症状[19]，这提示CB1R的功能异常可能参与了抑郁症的发病。同时，大量的动物实验也显示出CB1R参与抑郁症发病的证据。Bambico等[17]在社会挫败应激抑郁动物模型中观察到小鼠脑内CB1R表达降低。慢性不可预知性应激(chronic unpredictable stress, CUS)抑郁模型大鼠海马内CB1R的表达显著下调，而这种变化可被抗抑郁治疗逆转[20]。这提示CB1R的表达水平下降与抑郁样行为密切相关。还有研究发现，通过基因敲除或者药物损害内源性大麻素信号通路会诱发动物的抑郁样行为[21]，阻断CB1R信号通路会导致啮齿类动物快感缺乏[22]、焦虑、高警觉性[23-24]以及应激时的消极应对[25]等表现。此外，Shen等敲降正常小鼠杏仁核胆囊收缩素阳性神经元与伏隔核多巴胺受体2型抑制性神经元上的CB1R后，小鼠对应激压力敏感性增强，更易表现出抑郁样的行为表型[26]。上述研究提示，CB1R的功能缺失参与了动物抑郁样行为的发生，而关于其具体的分子机制，有研究显示，这可能与CB1R信号通路受损会增加基础状态及应激状态下下丘脑-垂体-肾上腺素轴的活性，抑制海马的神经发生和神经营养因子的表达有关[27]。这一观点在Aso等研究中得到了证实，即实验小鼠在接受悬尾测试时，缺乏CB1R的小鼠表现出更强烈的绝望行为，而海马区给予脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)则消除了这一绝望行为[28]。另一方面，一些研究学者指出，直接或间接激活CB1R具有抗抑郁的潜力。在社交孤立模型动物中，使用CB1R激动剂激活海马齿状回CB1R可产生抗抑郁作用[29]。另外，抗抑郁药物氟西汀可以预防慢性应激造成的伏核区eCB/CB1R介导的信号传递功能降低和抑郁样行为的发生[30]。综合以上研究结果提示，CB1R在抑郁症的发生、发展及治疗中具有重要作用，但其内在调节机制或作用靶细胞有待进一步探索。

3 抑郁症中星形胶质细胞的改变

星形胶质细胞是中枢神经系统数量最多、分布最广泛的胶质细胞,其结构形态复杂，通过缝隙连接形成星形胶质细胞网络，与神经元突触、血管和其他神经胶质细胞进行相互作用[31]。星形胶质细胞可通过细胞膜上不同神经递质受体和转运蛋白的表达，来监测并调节神经元的突触信号活动[32]。大量研究表明，抑郁症可引起星形胶质细胞发生显著的病理性改变。与其他神经退行性疾病相比，如癫痫、阿尔茨海默病脑内的星形胶质细胞改变主要表现为反应性星形胶质细胞增生、胶质瘢痕形成[33-34]，抑郁症脑内不存在星形胶质细胞增生，而主要表现为星形胶质细胞的密度、形态、蛋白质表达和膜通道功能等的变化[35]。

3.1 抑郁症中星形胶质细胞数量和形态学改变

胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)是星形胶质细胞活化的标志物，参与细胞骨架的构成并维持其张力强度。临床研究发现，重度抑郁症患者死后的大脑内GFAP表达减少，腹侧前额叶皮质[36]、前扣带回[37]、杏仁核[38]等脑区星形胶质细胞的密度降低。同时，大量实验室研究也提供了抑郁症动物模型脑内星形胶质细胞的形态和数量变化的证据：慢性不可预知性应激(CUS)抑郁症模型大鼠海马区GFAP表达降低和GFAP阳性细胞的数量减少[39]；重复注射皮质酮引起抑郁模型小鼠海马星形胶质细胞突起长度缩短，GFAP蛋白表达降低[40]；慢性应激降低了树鼩海马内星形胶质细胞的数量，而使用抗抑郁药物氟西汀后这一改变被逆转[41]。此外，Pinheiro等[42]发现，CUS模型大鼠脑内新生星形胶质细胞减少，Zhao等[43]发现，CUS模型小鼠前额叶皮质内星形胶质细胞的凋亡增加。由此表明，抑郁症发生后脑内存在星形胶质细胞数量及形态的变化，并且这种数量的减少可能与星形胶质细胞新生障碍或凋亡增加相关。综上，抑郁症中星形胶质细胞的数量和形态确实发生了显著变化，但是这种变化与抑郁症发病之间的因果关系仍未可知。此外，其形态数量的改变是否伴随着星形胶质细胞的功能异常也有待进一步研究。

3.2 抑郁症中星形胶质细胞谷氨酸转运功能的改变

谷氨酸是中枢神经系统的主要兴奋性神经递质，由谷氨酸能神经元释放到突触间隙中，若细胞外谷氨酸水平增高可诱发靶神经元的严重损伤。当代病理生理学认为神经递质传递的失衡，尤其是谷氨酸神经递质传递的异常是导致包括重度抑郁症在内的主要精神疾病发病的主要机制[44]。星形胶质细胞是参与脑内谷氨酸代谢的主要细胞[45]。星形胶质细胞可通过兴奋性氨基酸转运体1和2(excitatory amino acid transporters 1, EAAT1；excitatory amino acid transporters 2, EAAT2)摄取谷氨酸，并通过谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS)将其转化为谷氨酰胺从而对细胞间隙兴奋性神经递质谷氨酸含量及谷氨酸/谷胺酰胺循环进行动态调节[46]。临床神经成像和尸体解剖研究中发现，重度抑郁症患者血浆[47]、大脑额叶皮质[48-49]中谷氨酸水平显著升高。另一方面，在抑郁模型动物研究中，Galán等[50]发现，抑郁模型大鼠海马星形细胞的谷氨酸传递功能失调，谷氨酸转运蛋白(glutamate transporter, GLAST)蛋白表达降低。Liu等[51]发现，CUS抑郁模型小鼠前额叶皮质EAAT1、EAAT2蛋白表达下降。由此证明，抑郁症中星形胶质细胞介导的谷氨酸稳态调节功能发生障碍。此外，有研究发现，在成年大鼠额叶皮质内注射L-α-氨基己二酸可消融星形胶质细胞，降低其数量并诱发实验动物出现类似慢性应激的抑郁样行为[52]。使用谷氨酸转运体1(glutamate transporter-1, GLT-1) 抑制剂双氢红藻氨酸盐可阻断星形胶质细胞对谷氨酸的摄取而诱导出抑郁样表型，实验动物可出现快感缺乏和认知功能障碍[53]。由此表明，降低星形胶质细胞数量或阻断星形胶质细胞对谷氨酸的摄取均可诱导实验动物出现抑郁样表型。还有研究发现，去氢骆驼蓬碱可通过提高CUS抑郁模型小鼠海马和前额皮质GLT-1的蛋白表达水平，阻止CUS诱导的GFAP蛋白表达的降低，从而产生抗抑郁的作用[54]。使用谷氨酸调节药物利鲁唑可通过上调CUS模型大鼠前额叶皮质星形胶质细胞GFAP和GLT-1 mRNA表达促进谷氨酸清除，从而改善大鼠的抑郁样行为[55]。此外，Liu[51]等发现，中药逍遥散可通过逆转CUMS抑郁模型小鼠前额叶皮质中GFAP、EAAT1、EAAT2蛋白表达的下降从而改善星形胶质细胞的功能来减轻谷氨酸诱导的额叶神经元损伤，进而发挥抗抑郁作用。以上研究均证实，改善星形胶质细胞的谷氨酸转运功能有可能是治疗抑郁症的潜在靶点。

3.3 抑郁症中星形胶质细胞参与调控糖代谢功能的改变

大脑功能几乎完全由葡萄糖提供能量，葡萄糖可参与ATP的产生、氧化应激管理、神经递质、神经调节因子和结构成分的合成等[56-57]。星形胶质细胞是大脑摄取血液葡萄糖的最初部位，其终足上含有大量葡萄糖转运体,可以将大部分葡萄糖转运到中枢神经系统中[58]。有研究发现，当大脑活动增加时，葡萄糖和氧气消耗之间出现不平衡，因而发生有氧糖酵解，引起乳酸增加[59-60]。此时，乳酸充当神经元的替代能源，对大脑正常功能的维持和稳定发挥重要作用[61]。虽然乳酸在大脑中的细胞来源和特定作用一直备受争论，但大多数实验研究都表明，星形胶质细胞是脑内乳酸的主要生产者，而神经元是脑内乳酸的主要消费者[62-63]。脑内葡萄糖主要通过星形胶质细胞的糖酵解代谢，提供乳酸作为神经元能量需求[64]。大量证据表明，重度抑郁症患者大脑中，如皮层[65]、杏仁核[66]、海马[67]等参与情绪处理和认知功能的脑区存在葡萄糖代谢缺陷。基于星形胶质细胞在脑内糖代谢的重要地位，星形胶质细胞葡萄糖代谢异常可能是引起抑郁症发生的重要因素[68]。有研究发现，皮质酮诱导的抑郁症大鼠前额叶皮质(prefrontal cortex, PFC)中，皮质酮通过刺激星形细胞硫氧还蛋白结合蛋白过表达来阻断GLUT介导的星形细胞葡萄糖摄取，从而产生抑郁样行为[69]。此外，Allaman等[70]在研究抗抑郁药(氟西汀和帕罗西汀)对皮质星形胶质细胞葡萄糖代谢的影响时发现，在培养的皮质星形胶质细胞中加入抗抑郁药后，可通过血清素非依赖性途径调节星形胶质细胞中的葡萄糖代谢，增加葡萄糖利用和乳酸释放，从而有助于神经元的营养和代谢恢复至正常水平。以上研究提示，星形胶质细胞参与的糖代谢功能可能参与抑郁症的发病及治疗。与此同时,也有研究表明，包括认知行为疗法[71]、电休克疗法[72]和经颅磁刺激[73]在内的几种抗抑郁治疗方法均可逆转抑郁症患者的葡萄糖代谢障碍，但其具体机制是否是以星形胶质细胞为作用靶点仍有待进一步证实。

4 CB1R参与调控星形胶质细胞的功能

4.1 星形胶质细胞上CB1R的表达

以往研究发现,CB1R在神经元和星形胶质细胞上均有表达，虽然CB1R在星形胶质细胞上的表达量略低于神经元[74]，但其分布范围较广。研究发现,在中枢神经系统的海马[75]、尾状核[76]、新皮层[77]、脊髓[78]等区域内的星形胶质细胞上均有CB1R的表达。更重要的是，特异性敲除或激活星形胶质细胞上的CB1R可影响星形胶质细胞介导的相关功能的改变[79-81]。星形胶质细胞上的CB1R与神经元的CB1R通过不同的信号通路发挥作用。研究表明，激活神经元上的CB1R 可通过G蛋白偶联的Gi/o信号，抑制腺苷酸环化酶(adenylate cyclase, AC)，激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)，抑制电压门控Ca2+通道开放，从而减少兴奋性递质的释放[82]。而激活星形胶质细胞上的CB1R 可通过与磷脂酶 C (Phospholipase C, PLC) 的 Gαq/11 蛋白偶联，使1,4,5-三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)与其特异性受体结合后，PLC依赖性Ca2+从内部存储动员，从而引起星形胶质细胞的胞体和突起中Ca2+增加，刺激兴奋性递质的释放[83]。由此表明，CB1R 信号传导产生的不同生物学效应取决于不同的细胞类型。此外，在亚细胞水平，星形胶质细胞中的 CB1R 已被证明是不仅位于细胞质膜，而且还与线粒体等细胞内细胞器相关[80]。这些研究进一步增加了星形胶质细胞CB1R 依赖性调节的复杂性,有助于进一步了解大麻素受体对大脑功能的多种影响。

4.2 CB1R参与星形胶质细胞功能的调节

在中枢神经系统中，星形胶质细胞可检测和抵御有毒物质对神经系统的侵害。星形胶质细胞通过吸收细胞外介质中的代谢废物和细胞外信号分子，来保持内环境的稳态[84]。星形胶质细胞中包含各种神经递质(如谷氨酸)的快速转运蛋白，其中主要包括GLT-1和GLAST[85-86]。这些转运蛋白可快速清除已经释放到突触间隙的神经递质，该作用对突触传递的终止和维持神经元的兴奋性至关重要[87]。由于谷氨酸受体的过度刺激对神经元具有毒性，因此,缺乏有效的谷氨酸去除机制将会导致广泛的神经元损伤，所以星形胶质细胞对谷氨酸的摄取功能对于保护神经元免受兴奋毒性的伤害十分重要[86]。研究表明，ECS在神经保护中具有不可或缺的作用，能够防止一些兴奋和神经刺激直接作用于神经元，且该保护作用中的部分机制是通过直接调控星形胶质细胞的信号传递来实现的。Monory等[88]观察到海马谷氨酸能神经元CB1R不仅可以直接调节谷氨酸能神经元的兴奋性，而且CB1R的活性也可能参与调控星形胶质细胞对酸性氨基酸(如谷氨酸和天冬氨酸)的摄取能力。Shivachar等[89]观察到,CB1R激动剂可抑制体外培养大鼠星形胶质细胞对D-天冬氨酸的摄取。此外，Coiret等[90]通过阻断星形细胞CB1R的表达可以减少海马脑片的癫痫样放电活动。另一方面，也有研究表明,激活海马星形胶质细胞CB1R可促进星形胶质细胞依赖性谷氨酰胺传递的激活[83,91]。虽然,关于星形胶质细胞的CB1R在调节兴奋性氨基酸的作用机制尚未完全阐明，但这些结果提示,星形胶质细胞的CB1R可能对兴奋的传播和兴奋毒性进行双向控制。

葡萄糖是大脑中主要和必需的能量来源。以往研究表明，CB1R可参与调节大脑葡萄糖的动态变化[92-94]。有研究表明，CB1R敲除的小鼠皮质和海马内葡萄糖摄取显著降低[92-93]。Pedro等[94]在体内实验中观察到,糖尿病模型大鼠额叶皮层中CB1R表达和葡萄糖代谢出现双相变化：在链脲佐菌素诱导的1型糖尿病的第2周大鼠额叶皮质CB1R蛋白表达水平上升，葡萄糖摄取减少；第4周CB1R蛋白表达明显下降，但葡萄糖摄取率增加，而第8周CB1R不再参与调节葡萄糖摄取，CB1R蛋白水平恢复正常。在体外实验中，使用非选择性CB1R激动剂WIN55212-2和CB1R选择性激动剂ACEA可恢复额叶皮质切片中葡萄糖摄取的早期减少，而CB1R选择性拮抗剂O-2050则会加剧这种情况。由此可以看出,CB1R在脑内葡萄糖摄取过程中发挥重要作用。另一方面，星形胶质细胞参与调控糖代谢已被证实，Sánchez等[95]在体外实验研究观察到,星形胶质细胞来源的THC 可能通过激活CB1R,从而提高星形胶质细胞中的葡萄糖氧化速率和糖原含量。Blázquez等[96]同样证实,大鼠皮质星形胶质细胞上的CB1R激活可增加葡萄糖氧化和生酮的速率。以上研究结果初步表明,CB1R参与星形胶质细胞糖代谢的调节，但星形胶质细胞CB1R 介导的大脑功能变化仍需要进深入研究。

5 星形胶质细胞CB1R在抑郁症中的作用

星形胶质细胞在抑郁症发生、发展中具有的重要作用已被证实。有研究表明，重复性经颅磁刺激 (repetitive transcranial magnetic stimulation， rTMS)治疗抑郁症的内在机制可能与星形胶质细胞上的CB1R表达相关。Xue等[97]在CUS模型大鼠进行连续7天不同频率(低，中，高)rTMS治疗后发现，只有高频rTMS可以改善CUS大鼠的抑郁样行为，并且高频rTMS改善CUS大鼠抑郁样行为的同时增加了海马星形胶质细胞中CB1R的表达；而敲除星形胶质细胞中CB1R后，高频rTMS对模型大鼠的抗抑郁作用消失。由此推测，高频rTMS可能通过上调海马星形胶质细胞上CB1R的表达来发挥抗抑郁作用；结合上述研究还需考虑到不同强度和时间对 ECS 激活产生的不同生物学效应。此外，Jimenez等[98]发现，激活与线粒体膜相关的小鼠星形胶质1型大麻素受体(type-1 cannabinoid receptors associated with mitochondrial membranes， mtCB 1)可阻碍葡萄糖代谢和大脑中乳酸的产生，引起小鼠神经功能改变，从而损害小鼠的社交行为；同时，体外实验激活mtCB1R可抑制线粒体内 cAMP/PKA 信号传导并降低复合物 I 亚基 NDUFS4 的磷酸化水平，这极大地影响了星形胶质细胞糖酵解的关键细胞内信号线粒体复合物I的稳定性和功能。由此可见，星形胶质细胞 mtCB1R 激活可致星形胶质细胞糖酵解能力和乳酸释放降低，进而引起小鼠神经元能量代谢障碍并引起实验动物出现抑郁样行为改变。以上研究均提示，星形胶质细胞CB1R参与抑郁症的发生、发展，然而由于动物模型、实验方法以及星形胶质细胞上不同部位CB1R的作用差异可能引起研究结果的不同，因此，星形胶质细胞CB1R在抑郁中的作用及其伴随的信号分子功能变化和后续效应仍需要进一步探讨。

6 存在的问题及展望

以往研究发现，星形胶质细胞的数量和功能改变与抑郁症的病理发生、发展密切相关。CB1R参与抑郁症病理改变及治疗机制，且CB1R参与调控星形胶质细胞的谷氨酸转运以及糖代谢功能。但关于CB1R参与抑郁症的发病机制是否与其调控星形胶质细胞数量和功能有关，目前仅有少量研究报道且研究较为局限。因此，亟需探讨CB1R对抑郁症脑内星形胶质细胞作用，以进一步明确内源性大麻素系统特别是CB1R在抑郁症的发病及治疗中的作用机制，为寻找防治抑郁症的新靶点和新手段提供重要的科学依据。