與應(yīng)激相關(guān)的杏仁核結(jié)構(gòu)和功能變化研究*

李忠華 高沖 叢斌

(1. 四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041；2. 四川省人民檢察院檢察技術(shù)處，四川 成都 610000；3. 最高人民檢察院檢察技術(shù)信息中心，北京 100726)

腦是各種應(yīng)激源的直接作用器官，應(yīng)激源可通過腦部結(jié)構(gòu)和功能的改變影響諸如內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)等的功能和作用。因此，對(duì)應(yīng)激后腦的研究在應(yīng)激的研究中居于主要地位。目前，應(yīng)激后腦的研究主要集中于海馬、杏仁核和前額葉皮質(zhì)等區(qū)域，其中以海馬研究最早且相對(duì)也最為深入。

杏仁核隸屬于邊緣系統(tǒng)，是一個(gè)由多個(gè)核團(tuán)構(gòu)成的復(fù)合體，因形如杏仁而得名。杏仁核的解剖位置位于顳葉前部，下丘腦內(nèi)側(cè)，與海馬結(jié)構(gòu)毗鄰。該復(fù)合體主要包括有基底外側(cè)核群(Basolateral amygdala，BLA)、中央內(nèi)側(cè)核群和皮質(zhì)核群等。功能上，杏仁核在情緒(特別是恐懼)的產(chǎn)生、識(shí)別和調(diào)節(jié)以及控制學(xué)習(xí)和記憶方面發(fā)揮著重要作用。杏仁核通過將沖動(dòng)傳到下丘腦可引起交感神經(jīng)的激活；通過與三叉神經(jīng)和面神經(jīng)的聯(lián)系參與情感性面部表情表達(dá)的識(shí)別；通過與腹側(cè)被蓋、藍(lán)斑和外側(cè)被蓋的聯(lián)系激活多巴胺、5-羥色胺、去甲腎上腺素和腎上腺素。正是由于杏仁核具有的上述特點(diǎn)，因此成為繼海馬后應(yīng)激研究的一個(gè)重要腦區(qū)。

1 與應(yīng)激相關(guān)的杏仁核結(jié)構(gòu)與功能變化

1.1 結(jié)構(gòu)改變

目前主要運(yùn)用MRI測(cè)量杏仁核的體積改變。與應(yīng)激下海馬體積改變不同(大部份研究結(jié)果報(bào)道應(yīng)激下海馬體積明顯減小，尤以左側(cè)嚴(yán)重)，目前文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)激下杏仁核體積改變差異較大，結(jié)果缺乏一致性。Ahmed等人通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)對(duì)于兒童期經(jīng)受虐待后患有創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(Posttraumatic stress disorder，PTSD)的成年患者與健康對(duì)照組比較，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)杏仁核體積均有減小[1]。Drevets等人則在一項(xiàng)情緒障礙meta分析中指出，杏仁核的體積沒有改變[2]。然而，在另一篇關(guān)于PTSD患者腦結(jié)構(gòu)體積變化的meta分析中，O′Doherty等人對(duì)來自44篇文獻(xiàn)的體積數(shù)據(jù)改變情況(PTSD組：846人,健康對(duì)照組：520人，創(chuàng)傷對(duì)照組：624人)進(jìn)行了薈萃分析，結(jié)果顯示與健康對(duì)照組相比，杏仁核雙側(cè)體積有一定程度減小，而與創(chuàng)傷后對(duì)照組相比卻沒有明顯改變[3]。對(duì)于應(yīng)激下杏仁核體積變化缺乏一致性的原因目前較難完全解釋。一方面，應(yīng)激下杏仁核的體積變化可能本身就缺乏特異性，另一方面也可能是實(shí)驗(yàn)樣本的異質(zhì)性所致(如疾病類型的差異性、檢測(cè)時(shí)刺激源的差異性、年齡的差異性及性別的差異性等)。

在其它細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變上，應(yīng)激下杏仁核也表現(xiàn)出獨(dú)特之處。動(dòng)物研究表明，應(yīng)激下杏仁核BLA區(qū)的樹突不但不會(huì)像海馬CA3區(qū)出現(xiàn)萎縮，而呈現(xiàn)出樹突分支增加現(xiàn)象，且并不會(huì)隨著應(yīng)激源的消失而有所恢復(fù)[4]。在脊密度上，杏仁核的不同區(qū)域有所不同。在BLA區(qū)有文獻(xiàn)報(bào)道脊密度增加，而在內(nèi)側(cè)杏仁核區(qū)則有研究顯示脊密度減少[5]。在細(xì)胞凋亡方面，大量文獻(xiàn)報(bào)道應(yīng)激下海馬神經(jīng)元存在有明顯凋亡現(xiàn)象[6-8]，而杏仁核這方面研究相對(duì)較少。雖然也有一些研究表明存在有應(yīng)激下杏仁核神經(jīng)元凋亡[9-10]，但其是否具有普遍性難以確定。

1.2 功能改變

在功能研究方面，大量研究均證實(shí)存在應(yīng)激下杏仁核功能亢進(jìn)的表現(xiàn)。Ganzel等人報(bào)道了運(yùn)用多模態(tài)神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)檢測(cè)“9/11”這一創(chuàng)傷性事件后的人員存在有杏仁核的高活性狀態(tài)[11]。Yamamoto等人通過fMRI檢測(cè)發(fā)現(xiàn)對(duì)于經(jīng)歷過早期生活應(yīng)激事件的人群存在有明顯的杏仁核功能活性增加[12]。同樣，Im等人在聯(lián)合運(yùn)用MRI、PET和SPECT三種分子影像學(xué)技術(shù)上，對(duì)大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，也證實(shí)了PTSD病人的杏仁核功能亢進(jìn)現(xiàn)象[13]。對(duì)于應(yīng)激下杏仁核功能亢進(jìn)，Diamond在一篇關(guān)于PTSD的文章中分析認(rèn)為這是機(jī)體為了提高應(yīng)付危險(xiǎn)環(huán)境而作出的反應(yīng)，并認(rèn)為這種反應(yīng)不應(yīng)屬于功能失調(diào)。雖然這種機(jī)體亢進(jìn)狀態(tài)會(huì)犧牲一定的生存質(zhì)量，但對(duì)于個(gè)體而言這也是值得的[14]。

2 與應(yīng)激相關(guān)的杏仁核變化機(jī)制研究

應(yīng)激下杏仁核的機(jī)制研究本質(zhì)上屬于大腦應(yīng)激機(jī)制研究中的一部分。大腦作為應(yīng)激的核心器官，其機(jī)制涉及從細(xì)胞表面、細(xì)胞骨架、表觀遺傳調(diào)控到非基因組機(jī)制多個(gè)水平層面[15]。本文將從基因表達(dá)、表觀遺傳修飾、神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫、細(xì)胞結(jié)構(gòu)這四個(gè)方面進(jìn)行闡述。

2.1 基因表達(dá)

自海馬作為第一個(gè)下丘腦外的腦結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)存在腎上腺類固醇受體后，人們開始逐步認(rèn)識(shí)到應(yīng)激對(duì)腦內(nèi)基因表達(dá)的影響以及糖皮質(zhì)激素在其中的重要作用。 Smith檢測(cè)了老鼠在應(yīng)激選擇模型(Stress-Alternatives model，SAM)這一模型下的杏仁核有關(guān)基因表達(dá)情況及皮質(zhì)酮。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)BLA區(qū)的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Brain-derived neurotrophic factor，BDNF) 基因表達(dá)下降，逃跑組老鼠的血漿皮質(zhì)酮顯著高于順從組老鼠。與此同時(shí)，順從組老鼠神經(jīng)肽S(Neuropeptide S，NPS)的基因表達(dá)則顯著上升，并以中央杏仁核區(qū)最為明顯。這一結(jié)果揭示了社會(huì)環(huán)境、杏仁核BDNF與NPS和血漿皮質(zhì)酮之間的內(nèi)在聯(lián)系[ 16]。Ehrlich等人在一篇有關(guān)抑郁的報(bào)道中證實(shí)孕期應(yīng)激下雌鼠的杏仁核γ-氨基丁酸和5-羥色胺的基因表達(dá)會(huì)被改變[17]。對(duì)于應(yīng)激會(huì)改變杏仁核γ-氨基丁酸和5-羥色胺的基因表達(dá)也在Sarro發(fā)表的一篇文章中得以證實(shí)[18]。另一方面，Pagliaccio通過檢測(cè)4個(gè)應(yīng)激有關(guān)基因 (CRHR1、 NR3C2、NR3C1和FKBP5)的表達(dá)情況并聯(lián)合早期環(huán)境因子對(duì)應(yīng)激下皮質(zhì)醇濃度和邊緣系統(tǒng)的體積進(jìn)行了相關(guān)預(yù)測(cè)，其結(jié)果也有一定研究意義[19]。近年來，迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)使我們能夠高通量地檢測(cè)應(yīng)激下腦內(nèi)基因表達(dá)情況[20]，這將會(huì)為我們研究應(yīng)激下杏仁核的基因表達(dá)情況提供了更好前景。

2.2 表觀遺傳

近年來，許多研究已經(jīng)證實(shí)應(yīng)激可通過表觀遺傳改變進(jìn)而引起大腦相關(guān)結(jié)構(gòu)和功能改變。表觀遺傳機(jī)制包括有組蛋白修飾(如，甲基化、乙?；土姿峄?、DNA甲基化、羥基甲基化以及非編碼RNA的表達(dá)(如，miRNA、piRNA、lncRNA等)[21-23]。在一篇研究杏仁核甲基化與記憶損害的文章中，Maddox發(fā)現(xiàn)注射藤黃酚(一種組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑)老鼠的杏仁核外側(cè)核團(tuán)組蛋白H3的乙?；浇档颓闆r下會(huì)有長時(shí)記憶(Long-term memory，LTM)的損害[24]。Mueller發(fā)現(xiàn)產(chǎn)前應(yīng)激的大鼠存在有行為障礙以及杏仁核CRF啟動(dòng)子甲基化的下降[25]。Mannironi發(fā)現(xiàn)老鼠在2小時(shí)的束縛之后除血漿皮質(zhì)酮上升之外，杏仁核的miR-135a and miR-124的表達(dá)減少[26]。除此之外，應(yīng)激下杏仁核表達(dá)改變的miRNA還有miR-34, miR-134, 和miR-183 等[27-28]。

2.3 神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)

70年代Besedovsky首次提出了神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)的假說。在隨后的幾十年時(shí)間里，隨著技術(shù)方法的進(jìn)步，大量研究已經(jīng)證實(shí)神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)三者之間存在相互作用。這種相互作用是通過神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫三大調(diào)節(jié)系統(tǒng)間共有的化學(xué)信號(hào)分子(如神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細(xì)胞因子等)和受體共同實(shí)現(xiàn)。在Mcewen提出的穩(wěn)態(tài)應(yīng)變這一概念中，其也認(rèn)為機(jī)體在應(yīng)激下適應(yīng)與疾病的發(fā)生是由三者共同參與所致。

2.3.1 HPA軸與糖皮質(zhì)激素

HPA軸及糖皮質(zhì)激素是應(yīng)激機(jī)制研究中最為深入的部分。應(yīng)激下大腦HPA軸功能的異常與多種應(yīng)激相關(guān)疾病有關(guān)聯(lián)。HPA軸理論下，下丘腦、垂體和腎上腺皮質(zhì)釋放的物質(zhì)分別為促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(Corticotropin-releasing factor，CRF)、促腎上腺皮質(zhì)激素(Adrenocorticotropic hormone，ACTH)和糖皮質(zhì)激素(Glucocorticoid hormone，GC)。GC與腦內(nèi)高親和力的MR(mineralocorticoid receptor，鹽皮質(zhì)激素受體)和低親和力的糖皮質(zhì)激素受體(Glucocorticoid receptor，GR)的結(jié)合可形成負(fù)反饋?zhàn)饔?。GR可幫助GC維持在生理水平范圍內(nèi)。在應(yīng)激適應(yīng)、焦慮和抑郁中均可見到GR異常的表達(dá)[29-30]。這種異常表達(dá)既包括表達(dá)數(shù)量上的異常，也包括表達(dá)時(shí)間和表達(dá)位置的異常。同時(shí)，MR和GR的表達(dá)情況決定了大腦對(duì)應(yīng)激的敏感度。 由于杏仁核上分布有大量的GR受體，因此，HPA軸功能改變以及GC的改變會(huì)對(duì)杏仁核的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。Mitra在應(yīng)用不同劑量的糖皮質(zhì)激素模擬急慢性應(yīng)激下發(fā)現(xiàn)老鼠BLA區(qū)的樹突長度及分支都產(chǎn)生了改變[31]。

GC作用機(jī)制上涉及多部位和多條通路，包括基因?qū)用嫘?yīng)和非基因?qū)用嫘?yīng)。在基因效應(yīng)方面，GC可直接作用于糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件(Glucocorticoid response elements，GRE)，也可間接地通過與轉(zhuǎn)錄因子的綁定而發(fā)揮作用[32]。糖皮質(zhì)激素也能夠直接通過膜相關(guān)受體刺激興奮性氨基酸的釋放，進(jìn)而調(diào)節(jié)谷氨酸和GABA的釋放[33]。除此之外，GC與抗凋亡蛋白通還可介導(dǎo)GR轉(zhuǎn)移到線粒體上進(jìn)而導(dǎo)致集鈣效應(yīng)的發(fā)生，調(diào)節(jié)線粒體氧化、自由基和膜電位。另外，需值得注意的是，GC作用上具有階段效應(yīng)的特點(diǎn)。

2.3.2 谷氨酸和GABA

神經(jīng)遞質(zhì)可分為興奮性和抑制性兩大類，谷氨酸和GABA(γ-氨基丁酸)分別是其中的重要代表。在應(yīng)激機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)谷氨酸和GABA具有重要作用。對(duì)于應(yīng)激下谷氨酸的研究，發(fā)現(xiàn)在慢性應(yīng)激下杏仁核BLA區(qū)CRF的激活會(huì)引起N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA，一種谷氨酸受體亞型)受體介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流增加。雖然這只能解釋慢性應(yīng)激下海馬神經(jīng)元樹突收縮而無法解釋杏仁核BLA區(qū)樹突的增加，但其依然具有重要意義。在一項(xiàng)老鼠研究中發(fā)現(xiàn)NR2A(NMDA的一個(gè)亞組)表達(dá)下降會(huì)引起B(yǎng)LA區(qū)錐體細(xì)胞樹突脊下降[34]。同時(shí)，研究證實(shí)杏仁核NMDA受體拮抗劑可減少焦慮樣行為[35]。對(duì)于GABA，大多數(shù)研究表明抑郁病人大腦內(nèi)γ-氨基丁酸水平會(huì)下降，并且γ-氨基丁酸能藥物也在抗抑郁方面有積極效果[36-37]。

2.3.3 BDNF

BDNF是體內(nèi)重要的神經(jīng)營養(yǎng)因子，它通過與TrkB(酪氨酸激酶 B)的結(jié)合而發(fā)揮作用。Ashokan發(fā)現(xiàn)慢性應(yīng)激下杏仁核BLA區(qū)BDNF表達(dá)有明顯上升[38]。Boyle 在一篇關(guān)于慢性應(yīng)激下杏仁核BLA區(qū)的神經(jīng)可塑性假說中認(rèn)為，谷氨酸和BDNF信號(hào)通路在杏仁核樹突增生的過程中起著重要作用[39]。

2.3.4 其它

除了上述GC、谷氨酸、GABA和BDNF外，與應(yīng)激機(jī)制有關(guān)的其他分子還有很多，如5-HT(5-羥色胺)、NPY(神經(jīng)肽Y)、AVP(精氨酸血管加壓素)、tPA(組織型纖溶酶原激活劑)、eCBs(內(nèi)源性大麻素)等。

2.4 細(xì)胞結(jié)構(gòu)、水含量與脈管系統(tǒng)的改變

有關(guān)應(yīng)激下杏仁核細(xì)胞結(jié)構(gòu)的相關(guān)改變(體積、樹突、脊密度、凋亡等)在本文前述部分已經(jīng)闡明。但需要注意的是，上述杏仁核細(xì)胞結(jié)構(gòu)的相關(guān)改變到底是屬于其病理學(xué)基礎(chǔ)還是機(jī)體對(duì)應(yīng)激下的一種適應(yīng)性改變目前仍不清楚[40]。除此之外，也有研究報(bào)道應(yīng)激下腦內(nèi)水含量與脈管系統(tǒng)的相應(yīng)改變，這也為我們研究應(yīng)激提供了更多的方向[41-42]。

3 與應(yīng)激及杏仁核相關(guān)的疾病

3.1 抑郁、焦慮及PTSD等精神障礙

杏仁核在大腦拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上處于中心地位，在情感(特別是恐懼)、認(rèn)知和記憶等功能方面具有重要作用，同時(shí)也與腦內(nèi)的其它許多結(jié)構(gòu)具有功能上的聯(lián)系。應(yīng)激下杏仁核的改變顯然與抑郁、焦慮及PTSD等有密切關(guān)系。這在本文的杏仁核相關(guān)改變與機(jī)制研究中有大量研究給予了證實(shí)，在此不再贅述。

3.2 心血管疾病

研究表明應(yīng)激下杏仁核結(jié)構(gòu)與功能改變與心血管疾病發(fā)生也有著密切的關(guān)系。Peters在一篇研究應(yīng)激、適應(yīng)、體型與心血管死亡率的文章指出，對(duì)于應(yīng)激不能適應(yīng)者在大腦能量中心理論下會(huì)發(fā)生皮下脂肪下降而內(nèi)臟脂肪上升，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化形成，最終導(dǎo)致心血管事件的發(fā)生[43]。2017年Tawakol等人于《Lancet》雜志發(fā)表了一篇大樣本下杏仁核活性與心血管事件的關(guān)聯(lián)性研究。在該文章中發(fā)現(xiàn)，作為應(yīng)激標(biāo)志物的靜息下杏仁核的高活性與心血管事件具有明顯的相關(guān)性，并指出其機(jī)制為杏仁核的高活性會(huì)引發(fā)機(jī)體骨髓活性的增加以及動(dòng)脈炎癥的形成，從而導(dǎo)致心血管事件發(fā)生概率的顯著增加[44]。

3.3 其它

除上述外，與應(yīng)激相關(guān)的疾病還有很多，如阿爾茲海默、消化性潰瘍、糖尿病、cushing綜合征、腫瘤等。在這些疾病中，杏仁核作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)及神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)的組成部分總是參與其中。

4 結(jié)論

現(xiàn)代社會(huì)中，每個(gè)人都會(huì)面臨來自家庭、工作以及社會(huì)等各個(gè)方面的壓力。有研究表明75%-90%的內(nèi)科疾病都與應(yīng)激有關(guān)。因此研究應(yīng)激的機(jī)制及其相關(guān)疾病具有十分重要的意義。由于杏仁核在解剖結(jié)構(gòu)和功能上具有的特性，讓我們認(rèn)為對(duì)其研究將有助于我們更好的地理解應(yīng)激及應(yīng)激性疾病。目前，對(duì)應(yīng)激研究已經(jīng)涉及到了基因表達(dá)、表觀遺傳修飾、神經(jīng)免疫內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)等多個(gè)層面。但需要說明的是，至今針對(duì)應(yīng)激與應(yīng)激性疾病的機(jī)制依然沒有找到某個(gè)特異結(jié)構(gòu)或者某個(gè)(或數(shù)個(gè))特異性的分子予以有效解釋。

在應(yīng)激對(duì)大腦不利作用的干預(yù)方面, Mcewen提出了其方法包括藥物、行為和“top-down”式方法(與藥物方法不同，一種集認(rèn)知行為、物理和社會(huì)支持來影響中樞結(jié)構(gòu)與功能的方法)，并指出與其竭力尋找一種神奇藥物來解決問題，不如以通過利用機(jī)體自身校準(zhǔn)機(jī)制的“top-down”式方法來應(yīng)對(duì)應(yīng)激下的軀體和精神障礙[45]。