【背景介紹】

重度抑郁癥（Major depressive disorder，MDD）是一種普遍性精神障礙，影響全球約 3.5 億人【1】?；加幸钟舭Y的患者，通常表現(xiàn)出炎癥反應(yīng)，其特征是促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1(IL-1)、白細(xì)胞介素-6 (IL-6) 和腫瘤壞死因子 (TNF) 的表達(dá)增加【2】。研究發(fā)現(xiàn)，促炎細(xì)胞因子可引發(fā)疾病行為、誘發(fā)抑郁樣神經(jīng)內(nèi)分泌和中樞神經(jīng)遞質(zhì)的變化，而外界刺激（如聲音、環(huán)境壓力等，亦稱應(yīng)激刺激），會(huì)加劇這種影響，引發(fā)更嚴(yán)重的癥狀【3】。另外，來自臨床的證據(jù)也反映，外周細(xì)胞促炎因子表達(dá)上升，會(huì)導(dǎo)致人類抑郁癥癥狀【4】。

外圍細(xì)胞釋放促炎因子，通過迷走神經(jīng)進(jìn)入大腦，由此引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病反應(yīng)【5】；神經(jīng)損傷通過增加細(xì)胞因子的表達(dá)，導(dǎo)致抑郁樣行為的加重；壓力通過促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子（如大腦中的 IL-1β 基因表達(dá)）的上調(diào)，來加重這一過程【6】。作為應(yīng)激反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子，IL-1β 水平影響了氧化應(yīng)激的嚴(yán)重程度【7】。

促炎細(xì)胞因子 IL-1β 的表達(dá)和激活，依賴于稱為炎性小體（也叫炎癥小體）的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)復(fù)合物的組裝和激活。在細(xì)胞感染或應(yīng)激時(shí)，炎性小體復(fù)合物介導(dǎo) Caspase-1 的激活，以促進(jìn) pro-IL-1β 成熟，即IL-1β 的表達(dá)【8】。最近發(fā)現(xiàn)炎性小體導(dǎo)致的神經(jīng)炎癥通路，與幾種CNS（中樞神經(jīng)系統(tǒng)）疾病有關(guān)【9】。最近研究表明，炎癥小體激活與重度抑郁癥（MDD）存在聯(lián)系，并表明炎癥小體激活可能在抑郁樣行為的發(fā)展中起到重要作用【10】。此外，NLRP3炎癥小體已被確定為緩解神經(jīng)炎癥、治療MDD的潛在治療靶點(diǎn)【11】。

【氧化應(yīng)激與MDD發(fā)展的關(guān)系】

研究發(fā)現(xiàn)，MDD患者的炎癥和氧化應(yīng)激生物標(biāo)志物表達(dá)顯著增加【12】。氧化應(yīng)激是由活性氧 (ROS) 和抗氧化劑之間的體內(nèi)平衡破壞引起的?？寡趸瘎┛梢酝ㄟ^清除自由基、抑制大腦中的氧化應(yīng)激途徑，防止ROS誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷。有研究指出，抗氧化劑可以作為抑郁癥的候選治療方法【13】。

氫被證明具有選擇性地減少細(xì)胞毒性氧自由基功能，可作為疾病預(yù)防和治療中的新型抗氧化劑【14】。目前抗抑郁藥，只對(duì)不到50%的患者有效，通常伴隨著廣泛的不良副作用【15】。因此，尋找?guī)缀鯖]有副作用的有效抗抑郁藥物，用于MDD的預(yù)防性治療，有著巨大潛力。

【研究過程】

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為從第二軍醫(yī)大學(xué)（中國(guó)上海）動(dòng)物中心購買的8周齡雄性BALB/c小鼠在，22±2°C的飼養(yǎng)箱中進(jìn)行12 小時(shí)的明暗循環(huán)，并提供食物和水運(yùn)動(dòng)自由。小鼠在適應(yīng)新環(huán)境以后，隨機(jī)分為四組，分別是對(duì)照組、應(yīng)激組，給予自來水；富氫水組、富氫水+應(yīng)激組，給予富氫水。

分組后，每天兩次，為小鼠提供30毫升自來水或富氫水（濃度為0.8ppm），持續(xù)4周。同時(shí)，對(duì)兩組應(yīng)激組小鼠，采用CUMS模型（經(jīng)典的抑郁癥動(dòng)物模型）以隨機(jī)順序向應(yīng)激組、富氫水+應(yīng)激組小鼠施用應(yīng)激源4周。刺激包括45°傾斜籠子、籠子搖晃、4°C 游泳、升溫至45°C、限制活動(dòng)、潮濕環(huán)境、連續(xù)照明、剝奪食物和飲水【16】。

蔗糖偏好測(cè)試，用以測(cè)試抑郁模型小鼠中的快感。在黑暗循環(huán)期間，向動(dòng)物提供自來水和1%蔗糖溶液1小時(shí)，蔗糖偏好定義為蔗糖消耗量占總用水量的百分比【17】。

尾部懸掛測(cè)試。用以測(cè)試抑郁模型小鼠中的焦慮程度。通過尾部懸吊系統(tǒng)測(cè)量和分析每只小鼠在5分鐘長(zhǎng)的懸吊期間的不動(dòng)時(shí)間【18】。完成測(cè)試后，對(duì)小鼠進(jìn)行解剖分析。

【結(jié)果分析】

1、實(shí)驗(yàn)小鼠體重和抑郁程度比較

如上圖所示，在4周CUMS模型干預(yù)后，飲用富氫水的兩組小鼠，體重明均大于飲用自來水的對(duì)照小鼠體重。

如上圖所示，在蔗糖偏好測(cè)試中，普通環(huán)境下自來水和富氫水組的小鼠，未表現(xiàn)出限制差異；而GUMS應(yīng)激模型環(huán)境下飼養(yǎng)的小鼠，飲用富氫水的小鼠，快感度明顯高于自來水組小鼠。

如上圖所示，與對(duì)照組相比，應(yīng)激組小鼠在懸尾試驗(yàn)中表現(xiàn)出顯著更長(zhǎng)的不動(dòng)時(shí)間。

2、實(shí)驗(yàn)小鼠海馬和皮質(zhì)中的IL-1β水平比較

如上圖所示，與對(duì)照組相比，應(yīng)激組小鼠海馬和皮質(zhì)中IL-1β水平均顯著增加；同時(shí)，自來水飼養(yǎng)的應(yīng)激組小鼠，IL-1β水平增加明顯高于富氫水飼養(yǎng)下的應(yīng)激組小鼠。

3、海馬體和前額葉皮層中的Caspase-1活性比較

與其他各種相比，自來水飼養(yǎng)的應(yīng)激組小鼠，其海馬體中caspase-1活性明顯增加（圖b、圖e）表明炎癥小體被激活，這種變化同樣出現(xiàn)在前額葉皮層中；而經(jīng)過富氫水飼養(yǎng)的應(yīng)激組小鼠（富氫水+應(yīng)激組），caspase-1活性被明顯抑制（圖g、圖j）。

4、海馬體和前額葉皮層中的ROS產(chǎn)生比較

暴露于CUMS環(huán)境中的小鼠，在海馬中均表現(xiàn)出過量產(chǎn)生ROS（圖b、圖e) ，這種表現(xiàn)同樣出現(xiàn)在前額葉皮層（圖g、圖j） ；富氫水+應(yīng)激組和應(yīng)激組之間的比較所示，富氫水的抗氧化作用，也成功地防止了應(yīng)激誘導(dǎo)的小鼠大腦中過量ROS的產(chǎn)生。

【結(jié)果討論】

研究表明，體內(nèi)氧化-還原的穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加，并協(xié)同誘導(dǎo)破壞性神經(jīng)炎癥，導(dǎo)致抑郁癥的發(fā)生【11】，而慢性壓力會(huì)加劇這種反應(yīng)。CUMS會(huì)損害內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)，引起ROS過度積累，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷，出現(xiàn)抑郁樣行為【19】。

富含氫的水已被證明對(duì)年齡相關(guān)的氧化損傷具有保護(hù)作用【20】，可以減少長(zhǎng)期壓力導(dǎo)致的大腦中的氧化應(yīng)激積累，有助于預(yù)防神經(jīng)元疾病【21】。

在上面的研究中，我們假設(shè)富氫水可以防止抑郁樣行為的發(fā)展。與其他三組相比，暴露于CUMS的小鼠體重增加較少，并表現(xiàn)出抑郁樣行為，例如較低的蔗糖偏好、較長(zhǎng)的不動(dòng)時(shí)間。而富氫水顯著減輕應(yīng)激組小鼠表現(xiàn)出的抑郁樣行為，這表明富含氫的水會(huì)阻止抑郁樣行為的發(fā)展和進(jìn)一步惡化。

同時(shí)，我們進(jìn)一步研究了富氫水對(duì)抑郁樣行為產(chǎn)生有益影響的分子機(jī)制。慢性壓力導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)中促炎細(xì)胞因子（IL-6、TNF 和 IL-1）的過度產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)炎癥，這在抑郁癥狀的病理生理學(xué)中起作用【2】。上面的研究提供支持性證據(jù)，表明暴露于4周CUMS的小鼠，在海馬體和皮質(zhì)中的IL-1β 蛋白表達(dá)顯著升高。而富氫水可以有效防止應(yīng)激誘導(dǎo)的CNS IL-1β 蛋白表達(dá)升高，這與之前的報(bào)道一致，即用富氫水預(yù)處理可以降低血清IL-1β水平【22】。

炎癥小體介導(dǎo)的 caspase-1 激活導(dǎo)致 IL-1β 的分泌【23】。富氫水抑制 IL-1β 蛋白水平，源于其對(duì)炎癥小體活化的抑制作用。CUMS小鼠的海馬體和前額葉皮質(zhì)表現(xiàn)出顯著的capase-1 激活，這與我們之前的結(jié)果和其他研究人員的報(bào)告一致【24、18】。富氫水成功抑制富氫水+應(yīng)激組小鼠應(yīng)激誘導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中caspase-1的激活，這些數(shù)據(jù)表明，富氫水可以抑制炎癥小體的活化。

MDD患者的外周血單核細(xì)胞中，經(jīng)常檢測(cè)到線粒體超氧化物的產(chǎn)生增加【25】。ROS過度產(chǎn)生是NLRP3炎性小體激活的主要原因【26】。臨床上，采用ROS抑制劑，可以干擾導(dǎo)致NLRP3炎性小體表達(dá)的啟動(dòng)步驟，并間接阻斷NLRP3炎性體活化【27】。暴露于CUMS4周的小鼠，海馬體和前額葉皮層的ROS產(chǎn)生顯著增加；富氫水抑制了富氫水+應(yīng)激組小鼠海馬體和前額葉皮層中 ROS 的產(chǎn)生。

【研究結(jié)論】

總體而言，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，應(yīng)激誘導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中ROS的產(chǎn)生，在MDD的病理生理學(xué)中起重要作用。應(yīng)激誘導(dǎo)的炎癥小體激活，導(dǎo)致海馬體和皮質(zhì)中 IL-1β 水平升高。由 IL-1β 引起的神經(jīng)炎癥和 ROS 的積累，是導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元損傷的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步支持了炎癥小體通路是MDD發(fā)病機(jī)制中一個(gè)很好的靶點(diǎn)的觀點(diǎn)。

上面研究表明，氫氣作為一種有效的抗氧化劑，對(duì)NDD的預(yù)防是有效的。未來，富氫水可能會(huì)被用作一種新穎、有效和預(yù)防性的MDD干預(yù)措施。

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