撰稿：奚笛
校审：NeuExpress_北林
2024年6月19日，美国纽约Icahn医学院的Nash Family神经科学系和精神病学系的Eric J. Nestler教授和Scott J. Russo教授在Neuron期刊发表了题为“Neurobiological basis of stress resilience”的研究论文。该研究主要探讨了人类面对严重压力时保持正常生理和行为功能的神经生物学基础，即所谓的压力韧性。通过在实验室动物中的模型研究，这项工作在过去15年中改变了我们对压力反应的理解，并为治疗人类压力相关疾病（如抑郁症、创伤后应激障碍（PTSD）和焦虑症）提供了新的治疗方向。研究通过分子、细胞和神经回路水平上对自然韧性机制的描述，为开发针对人类压力障碍的新疗法提供了可能性。
不幸的事件是生活不可避免的一部分。许多事件是常见的，影响着我们所有人。儿童和青少年在建立人际关系以及在学术和体育竞赛中航行时会遇到挫折。每个人在就业过程中都会经历失望，可能是在刚开始或维持职业生涯时。父母去世，对一些人来说，还有其他亲人的去世，是常见的。在这些普遍挑战之上，还有一部分人经历了更为严重的创伤，这部分人的规模在很大程度上根据不同的生活地点、社会经济资源和种族而有很大差异；这些创伤包括积极参与军事战斗、童年期间的身体或性虐待，以及成年人的身体或性攻击。以一个例子为例，亚特兰大一个低收入社区的样本中有近90%的人被发现有重大创伤的历史。一个主要的问题是，为什么一些人在面对生活的正常挫折甚至严重创伤时，大多能维持正常功能——心理、社会和职业功能，而其他人却不能。那些不能的人通常会得到精神诊断（基于《诊断统计手册》[DSM]），如创伤后应激障碍（PTSD）、重度抑郁或几种焦虑障碍之一。尽管这三种综合征被DSM分类为不同的实体，实际上它们都具有高度的共病性，症状特征重叠。此外，当世界某些地区的人受到战争的影响时，寻求精神护理的人分布在所有三种诊断中。这一发现表明，这三种综合征是与压力相关的障碍，对于为什么一个人发展为被诊断为PTSD的综合征，而另一个经历相同创伤的人发展为部分不同的症状特征并被诊断为抑郁，作者表示其了解有限。遗传因素可能有所贡献，但压力障碍的遗传性——大约35%的抑郁和PTSD——与其他严重的精神综合征（例如，自闭症、双相情感障碍和精神分裂症）相比相对较低。我们目前正在目睹全球压力障碍前所未有的激增。在COVID-19大流行之前，抑郁、焦虑和PTSD的发病率就在增加，但自大流行以来，这种增长速度加速到了令人震惊的程度。密歇根大学对大学新生的一项研究，在大流行之前开始，发现约20%的大学生有DSM可诊断的抑郁或焦虑障碍，但自大流行以来，这个数字增加到了约35%。女性历来表现出这些综合征的更高发病率，近年来也是如此，密歇根研究中近45%的大学女性经历了压力障碍。大流行之前的一个重大危机现在必须被视为国家的号召：我们正面临着压力障碍的第二次大流行。正是在这种背景下，本综述讨论了压力韧性的概念：大多数人在高水平压力下仍能维持正常功能的能力。看待密歇根大学数据的一种方式是，我们的年轻成年人——其中绝大多数没有经历过我们通常定义的严重创伤——正在经历韧性的失败。为什么越来越多的个体正在失去韧性无疑是非常复杂的，涉及分裂的社交网络、增加的职业竞争、住房和医疗成本的增加、社交媒体的无处不在的冲击，以及其他增加整体压力水平的因素。尽管降低这种环境压力水平必须是我们社会的高优先级，同时，我们也应该努力增强韧性，做到这一点的最好方式是了解什么使个体具有韧性。作者将从对人类韧性的简要概述开始。然后，作者将回顾基于实验室动物的最新研究，了解韧性的神经生物学基础。作者认为，了解介导压力韧性的神经生物学机制将极大地推进不仅增强韧性，而且为压力相关障碍开发新疗法的能力。数十年来，众所周知，大多数人在经历了严重的负面生活事件后仍能维持社会、职业和心理功能。例如，战斗老兵中PTSD（创伤后应激障碍）的发病率在不同研究中有所不同，但在所有调查中，它都远远不到被考虑个体的一半。对韧性的正式研究可以追溯到20世纪70年代，当时研究人员分析了尽管暴露在严重的逆境中但仍然正常发展的儿童。这项工作识别出了一些心理和社会特征，这些特征是更有韧性儿童的特征。这些韧性的心理社会特征在近年来得到了提炼和研究，部分基于对在北越被囚禁的美国战俘的研究。这项工作导致了人类韧性关键因素的制定（表1）。这项研究的一个重要特点是，这些韧性因素中的大多数是可以学会的，人们可以通过训练变得更有韧性，这与动物研究中不断发展的观点一致，即韧性是通过积极机制介导的。作者还了解到，韧性不是非黑即白的，而应该被视为一个连续体，个体之间存在易感性的差异，而且重要的是，它并不是无所不包的：任何一个个体可能对某些不利事件有韧性，但对其他事件更易感，反之亦然。![]()
表1. 人类适应力的十个因素
临床研究人员使用成熟的评分量表来量化韧性，在过去二十年中一直专注于压力韧性的生物学基础。一些神经递质、神经肽、神经营养因子和外周激素已与人类的行为韧性相关联。突出的例子包括神经肽Y、脑源性神经营养因子、皮质醇和性腺激素。结构和功能性神经影像学研究涉及了与韧性相关的几个大脑区域，如前额叶皮层（PFC）、纹状体、海马体和杏仁核等。免疫系统和肠道微生物组的贡献也已被提出。这些因素对韧性的机制贡献将在本综述的后续部分讨论。研究人类韧性的一个主要挑战是，由于韧性的定义本身，有韧性的个体通常不会被医疗保健系统所捕捉，因此在大多数研究中仍然不可见。例如，尽管有几种已经建立的抑郁症或PTSD患者的死后大脑收集，但没有这样的收集是针对有韧性的个体（暴露于严重创伤但仍然大多健康的人们）。同样，尽管假设韧性部分是遗传的，但迄今为止还没有足够有力的全基因组关联研究（GWAS或基于测序的）来研究压力韧性。这些知识上的空白确定了未来研究工作的重要焦点。对人类韧性的日益认识触发了对啮齿动物模型的并行考虑。2007年，基于慢性社交失败压力（CSDS）范式的研究取得了重大进展。一年前，CSDS被引入作为一种新的慢性压力程序，它在雄性C57BL/6J小鼠中产生持久的行为异常（见方框1），这些小鼠对标准抗抑郁药物的慢性（而非急性）给药有反应，如丙咪嗪（一种较老的三环抗抑郁药）或氟西汀（一种较新的选择性5-羟色胺再摄取抑制剂）。这代表了重要的进步，因为以前在啮齿动物中测试的所有慢性压力程序所诱导的行为异常仅持续几天，这使得不可能测试慢性抗抑郁治疗（临床疗效所需）是否逆转了先前压力的影响。![]()
方框1. 慢性社会失败压力过程
在这些原始研究中注意到，大约三分之一的C57BL/6J小鼠暴露于CSDS并没有发展出一系列的行为异常，这些小鼠根据客观标准被搁置一旁，没有进一步分析。接下来的一年，Krishnan等人——响应不断发展的人类文献——考虑了这组小鼠可能代表了一种压力韧性。有趣的是，这些有韧性的小鼠表现出与更易感的小鼠相同的行为异常程度（即，减少的探索行为），这在该领域被解释为“类似焦虑”，但避免了被解释为更“类似抑郁”的行为异常（例如，社交回避和蔗糖偏好）。此外，利用较旧的微阵列表达技术对中脑腹侧被盖区（VTA）的基因表达进行了全基因组分析，显示CSDS诱导的基因变化在有韧性的小鼠中比易感的小鼠多几倍，并且通过病毒介导的VTA中促韧性基因的重现增加了行为韧性。这一观察在下文中将更详细地讨论。Krishnan等人的研究是一个重要的里程碑，原因有多个。首先，作者证明了小鼠对社会压力的一种行为韧性形式。其次，他们表明韧性——至少在一个大脑区域中涉及比易感小鼠更多的转录调控——是一个积极的过程，而不仅仅是缺乏与易感性相关的调控。这一发现表明，易感性反映了那种适应性可塑性的失败。第三，该研究展示了通过目标大脑区域的分子操作对易感性与韧性的双向控制。但最重要的是，这项研究提醒了该领域一个关键原则：大多数压力诱导的哺乳动物大脑变化，由于受益于数百万年的进化，可能代表了帮助个体积极应对压力的稳态适应。这与过去一个世纪的普遍假设相反，即大多数压力诱导的变化反映了介导行为异常的病理事件。这个错误的假设无疑导致了多年来许多假定抗抑郁机制的临床试验失败。相比之下，对压力背景下韧性的中心作用的认识开启了啮齿动物压力研究的新时代。此外，这条研究线只能在实验室动物中进行，因为需要动物来确定在患有压力障碍的人类大脑中观察到的变化是易感性的机制（需要通过治疗来逆转）还是韧性的机制（需要通过治疗来诱导）。慢性社交失败压力（CSDS）最初是在雄性小鼠中发展的，因为大多数近交系的雌性小鼠对同种雌性表现出很少的攻击性。近年来，已经建立了几种补充性的雌性社交失败模型，包括雄性对雌性或雌性对雌性的攻击，每种模型都有其独特的优点和缺点。重要的是，这些雌性小鼠的社交失败程序在识别和验证主动韧性机制方面提供了与雄性小鼠相同的优点。其他研究小组通过使用不同的啮齿动物种类（例如，加利福尼亚鼠、仓鼠和草原田鼠）来研究雌性之间的攻击行为，这些种类的雌性对其他雌性表现出自然的攻击行为，但这些模型在研究易感性与韧性的分子和细胞机制方面的转基因资源有限。在这些原始研究中，韧性是通过快速的社交互动测试来定义的（方框1）：与未受压力的小鼠通常与另一只小鼠而不是无生命的物体互动得更多不同，接受CSDS的小鼠显示出更广泛的反应范围。选择了一个任意的截止点：与社交目标互动少于无生命物体的小鼠被定义为“易感的”，而互动更多的（像大多数未受压力的小鼠）被定义为“有韧性的”。这种快速筛选还显示出与包括蔗糖偏好和体重增加在内的其他几种直接的行为结果测量强烈相关。然而，需要强调的是，易感性与韧性之间的区别是任意的，因为个体小鼠表现出的行为反应是连续的（方框1），并且根据CSDS程序的严重程度和持续时间，给特定小鼠贴上一种表型与另一种表型的标签会有所不同。因此，将易感性-韧性谱作为连续变量进行分析是至关重要的。将易感性-韧性分析扩展到更复杂的行为程序同样至关重要，特别是那些直接与特定大脑回路相连且更容易转化为人类行为的程序。这些努力还使人们能够分析在各种实验条件下观察到的韧性是特定于情境的还是更广泛地普遍化。这些努力的例子如下。(1) 对社交目标的位置条件作用，雄性和雌性小鼠对同性同种生物发展出位置偏好。(2) 对食物（例如，蔗糖或高脂颗粒）或社交目标的操作性反应。(3) 逆转学习，剥夺水分的小鼠学会按下两个杠杆中的一个以获得水奖励，之后与水相关的杠杆被反转。(4) 回避学习，小鼠学会停留在平台上以避免5秒的足部电击，这是一个光信号表明水奖励的可用性。(5) “餐馆排”，饥饿的小鼠可以选择四种不同口味的等热量食物奖励，并必须计算越来越复杂的行为经济决策，决定消费哪些奖励和避免哪些奖励。所有这些行为模型的一个显著发现是，简单社交互动筛选——通常用于最初定义CSDS后的“易感”和“有韧性”小鼠——准确地预测了大部分但绝不是所有更复杂行为终点的行为（方框1）：正如预期的那样，每种程序都揭示了一些与基于社交互动屏幕的易感性与韧性强烈相关的应激诱导终点，以及许多没有显示出这种相关性的终点。这些后者的发现至关重要，因为它们说明了使用这些劳动密集度更高的方法来理解由一群啮齿动物表现出的压力的适应性到不适应性反应的谱系的重要性。CSDS并不是唯一可以用来研究行为韧性的啮齿动物压力程序。较早的文献通过学习无助确定了一部分不表现出减少逃避行为的杂种大鼠。然而，学习无助（涉及足部电击）在生态学上与社交压力的相关性不大，它涉及急性或短期压力，这与CSDS相比只引起短暂的行为异常。几种恐惧条件程序产生了持久的行为后遗症，但在大多数范式中，压力（通常是足部电击）也是短期的，并且已被用作研究PTSD而不是抑郁的模型，后者更与人类的慢性压力相关。涉及长时间暴露于身体压力源（如束缚压力）的程序已被用来识别啮齿动物的亚群或特定近交系，它们避免了压力的一些有害后果。有趣的是，VTA已经被牵涉到调节对长期束缚压力的这种韧性，就像它对CSDS一样。这些其他范式的重要性在于，它们可能更好地模拟由严重急性创伤事件引起的PTSD形式。在啮齿动物发育期间的生活经历研究也为压力易感性与韧性提供了重要的见解。大多数文献涉及在断奶前期间的某些形式的母子分离或改变的母子行为，这可能会在幼崽中引起终生的行为异常或增强对以后生活中经历的压力的脆弱性，但也有证据表明增强的母子护理可以通过抑制下丘脑中的压力反应神经元来增加韧性。此外，早期断奶后的几种环境丰富形式已被证明可以增强成年动物的韧性。这项工作为进一步调查介导这种终生压力韧性增加的分子、细胞和回路机制奠定了基础。重要的是，临床研究表明早期生活压力对大脑回路的持久影响。自从最初证实小鼠腹侧被盖区（VTA）在调节主动压力韧性方面的作用以来，已经有许多大脑边缘回路被认为在控制啮齿动物对慢性社交失败压力（CSDS）或其他形式的慢性压力的易感性与韧性结果的谱系中发挥作用。与此同时，对人类韧性问题的关注也在增加，这些工作通常集中在同源边缘回路上。边缘大脑最初是基于其总的解剖形状来定义的，它指的是几个相互连接的前脑区域，这些区域长期以来一直被认为与学习、记忆和压力反应有关。理解压力韧性的神经回路机制尤其重要，鉴于最近发展了非侵入性治疗方法（例如，经颅磁刺激）来治疗抑郁。这提出了通过增强韧性回路来治疗压力障碍的可能性。实现这一目标需要双向翻译，即通过人类大脑成像定义韧性回路，然后在啮齿动物模型中进行后续研究以测试因果关系，同时评估在人类中通过啮齿动物发现的新回路。人类功能性磁共振成像（fMRI）研究对压力障碍（如抑郁和PTSD）的韧性已经识别出几个与风险和韧性相关的大脑回路，这些回路已知调节个体对以下方面的反应：（1）奖励，（2）威胁和显著性，（3）注意力和认知控制，以及（4）感觉处理（图1）。一些研究采用纵向设计进行，这使研究人员能够识别可能保护个体免受压力有害影响的预测因素。此外，尽管大多数人类研究纯粹是相关性的，但少数研究已经结合了患有局部脑损伤患者的数据来推断因果关系。当人类研究与啮齿动物压力模型相结合时，可以在细胞和回路层面定义韧性的神经基质。![]()
图1. 韧性与易感性回路
本节综述了与啮齿动物研究相结合的人类研究结果，以构建上述四个行为领域的压力韧性的回路级框架。将看到的是，当前文献的一个主要警告是，大多数研究迄今为止都集中在与易感性相关的回路上，而韧性个体（人类和啮齿动物）没有表现出这样的变化。这些观察结果与作者所提倡的额外焦点非常不同，即识别韧性个体中独特的回路适应，这些适应介导了成功的应对。大脑的奖赏回路包括多巴胺能的腹侧被盖区（VTA）神经元及其投射到核伏隔区（NAc）（腹侧纹状体的一部分）以及其他一些前脑结构，如前额叶皮层（PFC）、海马体和杏仁核等。VTA、NAc和背侧纹状体同样接收来自这些前脑区域的输入，以控制个体对环境中奖赏的感知和消耗。只有少数研究检查了人类奖赏回路功能的变化，这些变化要么预测韧性，要么反映了主动韧性机制。军事部署后，纹状体对奖赏刺激的激活与PTSD的严重程度呈负相关。自然灾害后，PTSD的严重程度与前额叶皮层（PFC的一部分）的激活呈负相关。这些有限的人类研究表明，PTSD风险的神经标志并不是预先存在的，而是直接由创伤本身引起的。然而，采用更具体和敏感的工具来测量神经活动的啮齿动物研究表明，表达多巴胺受体1（D1）的NAc中等棘突神经元（MSNs）的活动确实可以预测韧性：研究者发现，那些在压力后表现出韧性的老鼠的D1 MSNs的兴奋性更高。人类成像研究可能根本没有足够的灵敏度来识别这些预先存在的差异，这再次强调了在啮齿动物中进行补充研究的必要性。关于奖赏回路中的主动韧性机制，啮齿动物文献已经更加确立。VTA及其输出到NAc和PFC对韧性有相反的影响。在慢性社交失败压力（CSDS）之后，投射到NAc的VTA多巴胺神经元的节律性放电显示出增加的节律性放电，而投射到PFC的则显示出相反的效果。另一方面，有韧性的老鼠在这两个回路中显示出正常的放电活动，更近期的研究已经确定了这些主动韧性机制的离子基础（见下文分子和细胞适应部分）。在一篇最近的论文中，Willmore等人通过研究表明，在压力体验本身期间的VTA多巴胺神经元活动预测了与独特的行为应对策略相关的个体在韧性上的差异。例如，当将要变得有韧性的老鼠与攻击者密切接触时，多巴胺神经元显示出增加的活动。闭环刺激以增强多巴胺神经元活动促进了韧性。这些发现的人类转化，通过模仿主动韧性机制的通道调节药物的成功抗抑郁试验，展示了利用促进韧性回路为临床进展的可行性（见下文）。NAc中也发现了主动韧性机制。Francis和同事在早期工作的基础上扩展了研究——该工作定义了CSDS后易感与韧性老鼠NAc MSNs的树突棘密度和突触后反应的差异——以显示在易感老鼠中D2 MSNs的特异性谷氨酸传递增加，与有韧性老鼠中D1 MSNs的兴奋性增加相对。在韧性中D1 MSNs的这种增加的兴奋性与D1 MSNs上个别树突棘对谷氨酸的反应性增加有关。已经测试了几种不同的NAc谷氨酸输入在韧性与易感性中的作用。大多数研究已经识别出促进易感性的回路（例如，杏仁核、丘脑或腹侧海马到NAc），但有一项研究识别出了一种积极的回路适应，它促进了压力韧性：CSDS仅在有韧性的老鼠中增加了PFC/NAc末端释放谷氨酸的可能性，并且这种输入的光遗传刺激促进了行为韧性。现在需要研究来理解不同的NAc谷氨酸输入通过不同机制介导易感性与韧性。一种可能性是每种输入不同地支配D1与D2 MSNs，或者可能是GABAergic与胆碱能中间神经元。体内追踪研究支持这种可能性；然而，需要在韧性的老鼠模型中进行功能研究来确认这个假设。总的来说，这一日益增长的文献结果表明，针对奖赏回路并模仿主动亲韧性适应的策略，特别是那些来自VTA/NAc或PFC/NAc的，可能是治疗压力障碍的有效策略。控制威胁和显著性的回路研究集中在杏仁核、海马体、岛叶和前额叶皮层(PFC)上，这些区域相互连接，共同促进我们对威胁性或压力性生活事件的检测、感知和记忆。人类和啮齿动物的汇聚研究表明，对威胁或压力刺激的杏仁核激活程度较低是韧性的一个特征。人类的纵向研究表明，这些变化是预先存在的，并且可以预测对随后创伤的韧性。或许个人采取的减轻威胁内部体验的应对策略对抵御心理病理有保护作用。啮齿动物研究为这一假设提供了进一步的关键见解。压力激活中央杏仁核，促进社交和非社交领域中的恐惧和焦虑，并且与人类一样，杏仁核对威胁/压力的个体反应预测易感性与韧性。Hultman等人利用网络方法测量了全脑时空活动模式，发现由急性威胁激活的PFC到杏仁核的信号预测了对慢性压力的易感性。现在需要进行的工作是识别介导主动韧性的回路适应。啮齿动物的最新研究表明，侧隔核也被急性威胁激活，是记忆和情绪调节之间的重要接口。侧隔核在边缘回路中有密集的内部连接，对从奖赏和动机到恐惧和焦虑的情绪行为都有广泛的作用。最近有研究表明，在社交失败压力(CSDS)后，原本具有奖赏性的社会目标被易感老鼠感知为压力或威胁，侧隔核中的神经肽N神经元的激活或它们对NAc的输入介导了这种病理反应。有韧性的老鼠不知何故免受这些影响，尽管其背后的机制仍然未知。然而，社交行为的预先存在差异可以预测个体老鼠是否会在压力后发展出社交回避。这些啮齿动物的研究现在确定了需要检查侧隔核在人类压力韧性中的参与。过度警觉是PTSD的一个标志性症状，但也可以在其他与压力相关的疾病中看到。它被认为源于对注意力资源的认知控制缺陷，导致对与过去创伤事件相关的刺激有偏见，并且经常沉迷于这些刺激。与注意力或认知控制相关的几个大脑区域的活动模式已涉及人类压力韧性；这些包括前额叶皮层(PFC)、海马体和蓝斑(LC)等。人类和老鼠的几个报告已经识别了这些区域与韧性相关的机制。在人类中，由心理社会冲突引起的LC/杏仁核连接性增加与随后真实生活压力后的抑郁或焦虑正相关。在老鼠中的后续研究证实，选择性抑制LC/杏仁核回路可以防止压力引起的焦虑样行为增加，LC的激活增强了焦虑样行为。相比之下，LC/VTA回路与韧性有关：这个回路在有韧性的老鼠经过CSDS后的活动中增加，这种适应通过激活VTA/NAc多巴胺神经元上的α1和β3肾上腺素能受体来介导压力韧性。这些跨物种评估证实了LC作为主动韧性机制的特定回路作用，并表明α1和β3受体激动剂作为人类压力障碍新治疗的潜力。PFC和海马体被认为是编码创伤性压力信息并提供情绪行为的认知控制。在慢性压力下，创伤性记忆可能变得不可灵活编码，并泛化到非威胁性刺激上。当与PFC的自上而下认知控制丧失相结合时，这可能表现为严重的回避行为和情绪调节困难。在人类中，几种创伤前的结构特征，如较大的PFC和海马体体积，预测了压力韧性。通过fMRI测量的PFC在接近-回避任务期间的更大活动预测了对创伤性压力的韧性，而PFC和海马体之间的连接在创伤后韧性个体中更大。老鼠的研究证实，同源回路的激活促进了创伤记忆的消退。正如在人类中一样，慢性压力降低了易感老鼠海马体的总体体积，部分效应与齿状回的神经发生减少有关。一部分新产生的神经元对与创伤性压力经历相关的环境线索反应较少，并通过抑制成熟的颗粒细胞来促进压力韧性。这些发现表明，海马体神经发生代表了一种压力韧性的主动机制。在人类中，感觉处理区域已被证明可以预测发展抑郁或PTSD的韧性。枕叶皮层（一个视觉处理区域）的激活与韧性负相关。尽管很少有研究检查了啮齿动物韧性模型中感觉处理中心之间的偶然联系，但有一项研究识别了在韧性老鼠经过CSDS后特别被抑制的丘脑-听觉皮层通路。使用光遗传方法，作者表明，由同侧内侧膝状体的丘脑输入激活的初级听觉皮层中的一组parvalbumin内神经元积极促进韧性。这些数据支持了人类研究的假设，即感觉处理区域的过度激活通过增强对感觉线索的反应中的创伤记忆的重新激活，使人面临发展与压力相关的综合征的风险，而韧性则是通过降低这些区域的反应性来介导的。5. 介导压力韧性的分子和细胞适应：细胞类型特异性机制RNA测序（RNA-seq）已被越来越多地用于获取对CSDS后涉及压力韧性与易感性的众多大脑区域的转录组进行公正和全面的分析。大多数研究的大脑区域显示出了最初在VTA中识别出的偏差：与易感个体相比，韧性个体中调节了更多的基因。这些转录组图谱还揭示了，易感小鼠的抗抑郁治疗（包括重复暴露于丙咪嗪或一次性暴露于氯胺酮——一种新型、快速作用的抗抑郁药）逆转了行为异常，这与逆转了一些仅与易感性相关的独特基因变化以及诱导了其他仅与韧性相关的独特基因变化有关。相比之下，迄今为止很少有应用蛋白质组方法来发现促进韧性适应的应用，这是未来研究的一个重要焦点。重要的是，表征易感性的转录变化与死后检查的抑郁人类大脑中识别的基因表达异常相吻合。相比之下，由于尚未能够完成人类韧性的转录研究：如前所述，这类个体的大脑通常不会被纳入大脑收藏中。此外，大多数后续研究集中于描述单个基因在压力反应中的作用，这些研究集中在易感性机制上。尽管通过定义预防压力易感性机制会增加基于行为结果测量的压力韧性，但这样的发现并不意味着这一机制有助于自然韧性。事实上，迄今为止相对较少的研究集中在自然韧性的主动机制上，作者在本节中总结了这些。两类蛋白——离子通道和转录因子——迄今为止最受关注，因为它们作为神经元内的作用，介导压力韧性，尽管作者预计未来研究将证明神经元和非神经元细胞中的许多其他类别的蛋白也会有所贡献。最初的Krishnan等人的研究使用基因表达微阵列识别了在CSDS后韧性而非易感小鼠的VTA中KCNQ（Kv7）家族钾通道的诱导（图2）。作者接着展示了这种诱导与观察结果相关：韧性小鼠的VTA多巴胺神经元没有显示出易感小鼠的特征性增加的放电率，这种放电率增加介导了它们的行为异常，并且KCNQ通道的诱导调节了韧性小鼠维持正常水平的细胞放电能力。几年后，有报告表明系统性给药KCNQ通道激动剂可以促进小鼠的行为韧性。这项基础研究为两项随后的临床研究——一项开放标签，另一项双盲安慰剂对照——提供了基础，其中一种KCNQ激动剂，依佐加宾，在人类中具有抗抑郁作用，并且与通过fMRI测量的大脑奖赏回路的正常活动恢复相关。![]()
图2. KCNQ激动剂：将小鼠中的压力韧性机制转化为人类抑郁症新疗法的示例
与VTA多巴胺神经元在韧性小鼠中的相关研究在CSDS后识别了另一个离子通道，超极化和环核苷酸门控（HCN）通道（也称为Ih通道），它介导了第二种主动的压力韧性机制。作者证明，易感小鼠的VTA多巴胺神经元显示出增加的HCN通道活动，这导致了上述的超兴奋性，从而介导了行为异常。令人惊讶的是，对CSDS更具韧性的小鼠显示出更大的HCN通道活动增加，而这种更大的增加推动了KCNQ通道的诱导，这些通道恢复了正常的放电率并介导了压力韧性。在韧性VTA中这种特别强大的HCN通道激活的机制仍然未知，但似乎不是在转录水平上介导的。已经为心血管疾病治疗开发了HCN通道抑制剂，尽管大多数不能穿透大脑，但当直接给药到VTA时，可以使动物对CSDS的易感性降低。此外，一种能够穿透大脑的HCN通道抑制剂，西洛布胺（DK-AH 269），在系统性给药时具有类似的效应。这一观察为西洛布胺及类似分子作为新型抗抑郁药物的临床试验奠定了基础，但这样的研究因药品公司将搁置在货架上的药物用于其他疾病的新型临床试验的监管和财务障碍而受阻。这项工作也提出了开发HCN通道激动剂作为潜在的促进韧性剂的新思路。转录因子是一类蛋白质，它们结合到基因组中特定的DNA目标序列（称为响应元素）上，以控制基因表达。通过使用CSDS范式，对各种大脑区域进行无偏的转录分析，已经涉及了大量转录因子在调节行为韧性中的作用，后续研究也证明了这些因素作为主动韧性机制的几个因果角色。每个转录因子已被证明以大脑区域和细胞类型特异性的方式发挥作用，同一个因素有时在不同的区域或细胞类型中产生相反的效应——促进易感性。ΔFosB是Fosb基因的一个截断剪接产物，其在调节药物滥用对大脑的持久作用方面最为人所熟知。同时，也有平行工作证明了DFOSB在响应几种形式的慢性压力中的调节。然而，这种调节的功能后果直到在CSDS后的NAc中以细胞类型特异性水平对DFOSB的应激诱导进行了表征后才为人所知。在有韧性的小鼠的NAc中，DFOSB选择性地在D1 MSNs内被诱导，而在易感小鼠的NAc中的D2 MSNs内选择性地被诱导。使用一套可以双向控制内源性Fosb基因活性的位点特异性表观基因组编辑工具表明，在D1 MSNs中的DFOSB诱导是压力韧性的主动机制，而在D2 MSNs中的诱导则介导了压力易感性。NAc中的DFOSB诱导还介导了在小鼠模型中观察到的体育锻炼的促韧性效应，这与人类文献一致。大多数其他大脑区域中应激诱导的DFOSB的角色仍然未知，但最近的证据表明，其在投射到NAc的腹侧海马谷氨酸神经元中的诱导也介导了CSDS后的韧性，而在含物质P的腹侧导水管灰质神经元中的诱导则促进了学习无助后的韧性。这些DFOSB的研究可以用来推进抗抑郁治疗发现的两种主要方式。首先，通过识别DFOSB作为特定细胞类型和大脑区域中的促韧性机制，可以使用RNA-seq和CUT&RUN（目标下切割和核酸酶释放）以细胞类型特异性的方式鉴定DFOSB的真正靶基因，关键靶基因的产物代表抗抑郁药物开发的新途径。其次，鉴于在大多数大脑区域和外周组织中DFOSB的水平在正常条件下非常低，直接以DFOSB本身作为药物发现工作的目标可能是合理的。早期的NAc基因表达微阵列研究在CSDS后突出了几个与行为韧性相关的WNT-GSK3b信号通路中的基因。这一无偏的观察促使Dias等人检验了b-catenin在调节韧性中的作用，b-catenin是WNT-GSK3b信号通路下游的转录因子。的确，作者证明了在D2 NAc MSNs中选择性激活b-catenin介导了对CSDS的韧性。他们接着使用染色质免疫沉淀（ChIP）-seq来映射NAc中与韧性相关的b-catenin的靶基因，并鉴定了Dicer1——编码调节microRNA生物生成的蛋白——作为一个突出的靶点。在NAc中过表达b-catenin诱导对CSDS的韧性的能力在NAc神经元中局部敲除Dicer1的小鼠中丧失，从而直接将这个靶基因与b-catenin的促韧性活性联系起来。该研究还鉴定了几种在NAc中与CSDS韧性唯一相关的microRNAs，这些值得作为生物标志物甚至潜在的治疗抑郁的候选进行进一步研究。第三个涉及在NAc水平调节压力韧性的转录因子是雌激素受体α（ESR1）。对CSDS后NAc的RNA-seq数据分析鉴定了ESR1作为与CSDS韧性相关的基因表达变化的最强预测上游调节因子之一。作者通过证明在有韧性而不是易感小鼠的NAc中ESR1的活化增加，以及ESR1在这一脑区的过表达诱导了行为韧性，从而证实了这一预测。他们还使用RNA-seq来鉴定了一组在韧性NAc中的调控与ESR1过表达相仿的基因。有趣的是，这种ESR1的促韧性作用在雄性和雌性小鼠中都有发现。这项工作是在细胞类型特异性工具广泛可用之前进行的，留下了一个关键问题未解答，即在NAc中的哪种细胞类型（s）中ESR1发挥作用以促进压力韧性。CREB是第一个被牵涉到控制压力反应的转录因子，随后的工作已经在不同的边缘大脑区域展示了不同的效应，NAc层面具有促进易感性的作用，但在海马体和PFC层面具有促进韧性的作用。这些在不同大脑区域的相反效应，加上CREB普遍表达的知识，表明CREB本身不是药物发现工作的一个可行目标。这推动了研究去识别CREB在压力韧性背景下的特定靶基因，这可能会指导治疗查询。近两年，两个基因已被确定为在PFC中CREB下游并有力地推动行为韧性的基因。首先是ZFP189，一个假定的含有锌指的转录因子，它被鉴定为与CSDS韧性相关的最强基因网络中最强的枢纽基因，基于大型RNA-seq数据集的加权基因共表达网络分析（图3）。扩展这一推断，发现Zfp189在有韧性而不是易感小鼠的PFC的谷氨酸神经元中被诱导，并且其人类同源物Znf189在抑郁人类的PFC中被抑制——无论男性还是女性，从而为这一发现提供了重要的临床验证。在雄性和雌性小鼠中过表达ZFP189增加了行为韧性，而其敲低则有相反的效果。此外，ZFP189是CREB在这一脑区促韧性效应所必需的，进一步将这两个转录因子的作用联系起来。ZFP189以前在大脑中没有被研究过，人们有兴趣识别它的靶基因，作为更好地理解PFC介导的压力韧性机制的途径。![]()
图3. 小鼠中压力韧性新机制的发现和验证示例
与压力韧性相关的PFC中另一个与CREB目标有关的是LINC00473。对抑郁与对照人类的RNA-seq数据分析发现了长非编码RNA（lncRNA）的强烈调节，特别是在女性中。在这一数据集中最突出调节的lncRNA之一是LINC00473，这是灵长类特异性转录本，关于它知之甚少。LINC00473在PFC和其他皮层区域下调，这种效应在抑郁女性的锥体神经元中占主导地位，而在抑郁男性中没有看到调节。虽然LINC00473在啮齿动物中不表达，但Issler等人证明了其在雌性小鼠PFC神经元中的表达具有促韧性效应，而在雄性小鼠中没有看到效果。这种促韧性作用与LINC00473过表达诱导的PFC锥体神经元兴奋性降低有关；再次是女性选择性效应。在韧性中PFC兴奋性的降低与深度脑刺激PFC在严重受影响的人类中减轻抑郁症状的抑制作用一致。这些LINC00473的发现突出了人们对lncRNA在调节压力反应中的兴趣，并说明了即使是灵长类特异性基因的作用，也可以通过啮齿动物模型来建立其促韧性与促易感性的作用。REST（Repressor Element-1 Silencing Transcription factor，抑制元素-1沉默转录因子）—也被称为神经元限制性沉默因子（NRSF）—已被证明能够介导增强的母性护理在断奶前大鼠中诱导的行为韧性。这种增强的母性护理促使REST与下丘脑室旁核的CRH基因结合，抑制该基因及其随后的压力反应性。增强的母性护理还减少了这些CRH+神经元的谷氨酸能神经支配，进一步增强了韧性。CRH抑制作为主动韧性机制的暗示与先前引用的人类文献中涉及韧性调节的几种其他神经肽的证据一致。这些其他肽的例子包括神经肽Y、脑啡肽、催产素和痛觉肽等。Inaba等人在前扣带皮质中确定了FOS的促韧性作用。对这一脑区RNA-seq数据的分析确定了FOS作为与CSDS韧性相关的基因网络的预测上游调节器，这些基因的激活与韧性相关，而它们的抑制与易感性相关。作者通过展示FOS敲低促进了对CSDS的易感性反应，证明了这一FOS介导的网络在控制易感性与韧性中的因果作用。对特定FOS靶基因的压力调节作为促进行为韧性的治疗方法将是一个有趣的跟进方向。最后，其他几种转录和表观遗传机制被认为在NAc或其他大脑区域中是主动韧性的机制。这些早期发现为未来研究指明了方向。如上文强调的，特别高优先级是识别和表征这些不同基因调控机制的特定靶基因，以推进药物发现。越来越多的证据表明，非神经元细胞内的分子适应，包括外周组织中的适应，也对压力韧性有重要贡献。迄今为止的大部分工作集中在免疫系统上，将在本节中总结。然而，鉴于代谢和心血管功能在压力反应中的重要作用，未来研究的一个重要优先事项是在这些生理领域中研究行为韧性的主动机制。例如，已有报道称，与韧性唯一相关的外周代谢变化在CSDS或其他形式的慢性压力后在外周血液以及特定脑区有所报告。然而，这些变化的分子基础及其对行为韧性的因果贡献需要进一步调查。大脑和免疫系统之间的相互作用受血脑屏障（BBB）调节，BBB只允许某些分子从循环系统进入脑实质，慢性压力对这一免疫-大脑通信轴有重大影响。慢性压力增加了循环中单核细胞和促炎细胞因子（如白介素-6，IL-6）的产生。人类研究显示，高达三分之一的所有压力障碍患者表现出慢性低度炎症。跨物种分析这些患者和慢性压力模型小鼠的血液发现显著的单核细胞增多症：骨髓中单核细胞的产生增加以及它们进入外周循环。压力水平与单核细胞水平直接相关，并且最近的工作发现了一群压力反应性的、在下丘脑室旁核中表达促肾上腺皮质激素释放激素的神经元，这些神经元投射到并支配骨髓以控制单核细胞增多症。此外，压力破坏了由内皮细胞和小胶质细胞组成的BBB，维持了血管的渗透性。系统性免疫因素可以破坏BBB的完整性，从而提供了一个潜在的机制来解释外周的炎症机制如何导致中枢神经系统的病理变化。几个小组的工作表明，通过压力诱导的BBB功能破坏，外周免疫因素能够进入大脑边缘区域。CSDS在小鼠中诱导紧密连接蛋白claudin-5（CLDN5）的丢失和内皮屏障的破坏，这允许更多的免疫因素如IL-6和基质金属蛋白酶8（MMP8）进入大脑奖赏区域，如NAc和PFC。在抑郁症患者的死后大脑中也观察到CLDN5的类似变化，并且使用对比增强的结构性MRI对活着的患者进行的全脑评估证实，抑郁症与更宽松的BBB相关。一旦进入大脑，外周免疫因素可以以几种方式调节神经元功能。首先，IL-6等细胞因子直接结合到神经元上表达的受体，它们抑制突触可塑性或降低内在兴奋性。IL-6还会损害海马神经发生，正如前面所述，这可能会增加压力易感性。有证据表明，IL-6和其他细胞因子也在小胶质细胞和星形胶质细胞上激活它们的受体，以间接调节神经活动。最后，从循环中的单核细胞释放的MMP8可以重构NAc中的细胞外基质，促进MSNs中有利于易感性的突触适应。这一快速发展的文献确立了压力障碍部分由外周免疫激活、BBB破坏和免疫渗透到中枢神经系统引起。新兴的证据正在识别免疫系统和BBB中的主动分子或细胞变化，在韧性个体中起到保护作用。例如，尽管易感压力和韧性压力的小鼠在慢性压力后都表现出可比的单核细胞增多症水平，但韧性压力的小鼠释放的炎症细胞因子较少，并且与易感压力的小鼠相比具有非常不同的转录组特征。一个悬而未决的问题是韧性小鼠—尽管在循环中单核细胞水平相似—如何防止这些因素影响大脑。一个假设是韧性小鼠分泌活性因子，如抗炎细胞因子IL-10，以防止进一步的炎症。IL-10目前正在许多炎症性疾病中作为治疗靶点进行研究。几项临床前研究支持IL-10是促韧性因子的假设。外周注射IL-10促进了大鼠对约束压力的韧性。更高水平的IL-10预测了暴露于城市暴力的人类对PTSD的韧性。同样，女性PTSD患者中由急性压力诱导的更高水平的IL-10预示着对治疗的积极反应。这些来自小鼠和人类的数据突出了促进压力韧性的潜在活性细胞因子机制，并为新的治疗发展提供了路径。其他主动韧性机制保护BBB免受压力诱导的损害，从而防止有害因素进入大脑实质。在韧性小鼠中，CSDS后NAc的内皮细胞产生了独特的转录反应（图4）。这种反应包括增加的允许性组蛋白乙酰化和减少的抑制性组蛋白甲基化在Cldn5启动子上。通过局部灌注组蛋白去乙酰化酶抑制剂MS-275到易感小鼠的NAc中，模仿这种促韧性机制，增加了CLDN5 mRNA并促进了韧性。因此，促进血管健康—在BBB处维持大脑和外周之间的适当平衡—代表了治疗发现的一个令人兴奋的领域。![]()
图4. 促进血脑屏障健康的主动韧性机制
过去15年的研究表明，啮齿动物和人类一样具有对行为压力的韧性。在啮齿动物中识别压力韧性至关重要，因为它指导着治疗努力应该旨在模仿还是反对在人类中观察到的与压力相关的适应。这一认识正在彻底改变人类压力障碍的药物发现，因为它展示了除了预防或逆转与易感性相关的压力诱导变化之外，也有可能开发促进自然韧性机制的治疗方法。使用KCNQ激动剂依佐加宾的早期临床研究，它模仿了自然发生的韧性机制，为这种新方法提供了支持。正如这篇综述所显示的，绝大多数关于啮齿动物压力韧性的工作都依赖于慢性社交失败压力（CSDS）程序。CSDS提供了几个优势。它涉及社交而非身体压力，因此在生态学上更为有效，与人类状况更相关。它还在个体小鼠中产生广泛的反应范围，包括那些在暴露于同等水平压力后仍然保持大多数正常行为功能的老鼠。这与大多数其他慢性压力程序形成对比，后者不允许识别表现出这种韧性结果的小鼠亚群。在更易感的小鼠中，CSDS诱导的行为异常也特别持久，这独特地使通过抗抑郁治疗逆转压力诱导变化的研究成为可能。未来研究的一个主要优先事项是探索其他可以用于研究从易感性到韧性的表型反应谱的慢性压力程序，以补充CSDS。作者完全期望其他程序能够为理解压力韧性的潜在机制提供重要的额外见解。对CSDS韧性研究的一个关键见解是，它是一个主动过程。韧性不仅仅是易感性的缺失。同样，大多数主动的韧性机制并不仅仅是易感性机制的对立面。这些原则，正如上文提到的，通过RNA-seq数据得到了最直观的证明，显示韧性与大多数大脑区域中与易感性相比调节了更多基因，并且虽然一些基因在韧性与易感小鼠中调节方向相反，但大多数与韧性相关的改变是韧性独有的。这些原则得到了细胞和回路层面的相应证据的进一步支持，并证明了模仿自然韧性机制为人类压力障碍生成新型治疗方法的方法是合理的。观察到分子、细胞和回路层面的大多数与韧性相关的适应是韧性独有的，这一观察强调了仅基于人类研究来识别韧性的神经生物学机制的挑战。例如，对压力有韧性的人类通常没有被纳入现有的死后大脑收藏中。这些考虑意味着，大多数韧性机制在研究抑郁症患者的大脑成像或相关研究中将是看不见的，无论是患者研究还是死后脑组织的检查，这强调了在动物模型中进行发现工作的重要性，然后可以将这些发现转化为人类。大多数关于压力韧性与易感性的动物研究考虑的是处于行为反应连续体上的一个离散点的个体，但情况要复杂得多。首先，越来越复杂的行为结果测量的使用描绘了一个更为复杂的画面，其中一个小鼠可能在一种行为表型上是易感的，但在另一种上则更有韧性。第二，尽管大多数分子和细胞层面的压力结果测量也显示出与行为测量相关的连续体，但在无数分子和细胞变化中看到的连续模式显示出相当的变异性，这支持了这些表型的潜在复杂性。第三，未来的研究中理解推动韧性的预先存在因素与那些仅在压力反应中产生的因素之间的相互作用将是重要的。这些符合人类观察的不断发展的观点，呼吁对压力韧性进行更细致的考虑。最后，当前压力韧性研究的一个主要目标是将分子、细胞、回路和行为分析层面的发现完全整合起来。现在技术上可行的是理解，作为例子，一个在大脑中的单一细胞类型中起作用的转录因子如何控制该细胞的自主活动，以及该细胞如何在清醒动物的更大回路中发挥作用以控制行为反应。同时，人们可以理解行为经验如何影响同一回路的活动，这种活动又如何控制那个转录因子的水平或活性，从而改变细胞及其未来的回路反应，这些是行为适应的基础。同样，尽管大多数关于压力韧性的研究都集中在大脑机制上，但越来越多的证据表明，大脑与外周器官之间的双向连接在决定个体在面对慢性压力时展现韧性的能力方面至关重要。作者期望，对这些方法中的压力韧性机制的改进理解最终将改变我们帮助社会克服当前与压力相关障碍的流行的方法。Scott J. Russo博士是一位在神经科学和精神病学领域具有深厚专业知识的学者。他是美国纽约Icahn医学院的Nash Family神经科学系和精神病学系的成员之一。Russo博士在神经精神疾病的神经生物学研究方面有着显著的贡献，特别是在抑郁症、焦虑症和创伤后应激障碍（PTSD）等领域。Russo Laboratory的目标是揭示大脑应对压力的分子和细胞机制，并基于这些发现开发新的治疗方法，以治疗抑郁症、焦虑症和其他与压力相关的情绪障碍。通过这些研究，实验室希望能够提高我们对这些常见且破坏性精神疾病的理解，并为患者提供更有效的治疗策略。
实验室链接：
https://labs.neuroscience.mssm.edu/project/russo-lab/原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.05.001如果您对脑科学传播感兴趣，或者期待通过撰写文献解读督促自己阅读和思考最新的文献，亦或者是您想通过撰写文献解读锻炼自己的科学写作能力，欢迎联系NeuExpress编辑部，联系方式：
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