Neuron：线粒体自噬在慢性心理应激诱导的焦虑行为中发挥关键作用

　　焦虑症是一种常见的精神性疾病，间歇性焦虑是一种适应环境的正常情绪，过度及持续性的焦虑会严重影响人们的生活和工作。慢性社会心理压力是导致焦虑症的常见风险因素，然而由社会心理压力引起焦虑的细胞机制在很大程度上还不清楚。目前至少有三分之一的焦虑症患者无法通过使用现有药物获得持续缓解，探究焦虑背后的细胞和分子机制对于开发更加有效的治疗药物具有重要意义。

　　线粒体是神经生理学的重要组成部分，其数量的稳定对于神经元突触结构和功能的完整性至关重要。研究表明慢性应激会影响动物脑中的线粒体，患有焦虑的动物或人类大脑线粒体形态、表达和功能都发生了显著改变。尽管线粒体与压力及行为之间存在这些联系，但线粒体紊乱在与社会心理压力相关的焦虑行为中究竟发挥怎样的作用尚不明确。

　　近期，美国国立卫生研究院Zheng Li研究团队揭示了线粒体自噬在慢性心理应激引起的焦虑中发挥关键作用：慢性心理应激导致线粒体损伤，触发了杏仁核中的PINK1-Parkin线粒体自噬通路，增强杏仁核中线粒体自噬，造成线粒体缺陷，导致由杏仁核介导的抗焦虑途径的突触传递减弱，焦虑增加。

　　要点提示：

　　1) 慢性社会挫败压力导致杏仁核中的线粒体受损并引发线粒体自噬；

　　2) 线粒体自噬增强导致线粒体被过度清除；

　　3) 线粒体数目的减少导致BLA-BNST抗焦虑途径的突触减弱，进而引发焦虑样行为。

　　基底外侧杏仁核的线粒体自噬调节由慢性心理压力引起的焦虑样行为

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　　CSD改变了杏仁核线粒体的多方面

　　为了检测社会心理应激对线粒体的影响，作者建立了慢性社会挫败应激模型CSD（常用的制作动物抑郁模型的方法）。由于杏仁核是编码和处理恐惧和威胁性反应的中心，而腹侧海马体参与应激反应和情绪反应，因此作者分析了这些区域的线粒体。

　　发现小鼠接受CSD刺激30天后，基底外侧杏仁核(BLA)和杏仁中央核(CeA)线粒体的大小和数量均明显降低，腹侧海马体的DG、CA1或CA3区线粒体总量无变化（图1）。

　　图1. 受挫小鼠杏仁核中线粒体的大小和数量减少

　　接着，研究人员使用四甲基罗丹明乙酯(TMRE)检测了CSD刺激小鼠杏仁核和海马区后的线粒体膜电位MMP（TMRE浓度与膜电位高低成正比）。发现在小鼠BLA和CeA中TMRE浓度均降低，相比之下，海马区TMRE浓度未发生变化，表明小鼠经CSD刺激30天后在BLA和CEA引起MMP去极化。

　　进一步探索发现CSD挫败组小鼠杏仁核中COX（细胞色素c氧化酶，METC的末端酶复合物）活性降低，但腹侧海马区无变化，提示杏仁核存在METC（线粒体电子传递链）损伤。

　　鉴于线粒体是生成ATP的主要地点，是促进细胞能量转换、参与细胞凋亡的重要细胞器。因此研究人员又对ATP的产生进行了检测，通过分析磷酸化的AMP活化蛋白激酶(p-AMPK)，发现其在挫败的小鼠杏仁核中增加，腹侧海马区不增加。通过注射携带ATP传感器iATPSnFR1.0的AAV，进一步证实BLA中的细胞ATP的减少（图2）。

　　以上这些数据证实，小鼠经CSD刺激30天杏仁核线粒体发生了多方面的改变。

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　　CSD增加了杏仁核mtDNA的复制和突变

　　CSD刺激30天后小鼠杏仁核线粒体数量减少，暗示线粒体生物合成和清除之间可能失衡。线粒体的合成涉及线粒体DNA(mtDNA)的复制，因此研究人员对mtDNA复制进行了评估，发现CSD刺激后杏仁核mtDNA的复制增加，而拷贝数降低，且其降低不能被复制增加所抵消。

　　接着，研究人员进一步分析了mtDNA的突变情况，发现在受挫小鼠的杏仁核中，mtDNA总突变频率和转换突变频率增加，而颠换突变频率不变，这表明mtDNA复制可能导致了mtDNA突变的增加。

　　这些数据表明，小鼠经CSD刺激30天杏仁核mtDNA复制和突变增加，mtDNA数量减少（图3）。

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　　CSD增加了杏仁核的线粒体自噬

　　接下来，作者对线粒体自噬进行了探究，通过将Tom20与自噬体标记物LC3或optineurin(自噬受体蛋白)共染色检测线粒体自噬体，发现受挫小鼠BLA中Tom20与LC3或Optineurin的共定位增加。

　　与此同时，作者在小鼠接受CSD前在其BLA中注射AAV-mtKeima检测了溶酶体中的线粒体，发现溶酶体中mtKeima与线粒体中mtKeima的比值增加。

　　此外，电镜观察也显示小鼠BLA中线粒体自噬体样结构变多，线粒体数目减少且异常线粒体较多，而巨自噬没有发生变化。以上结果表明，CSD刺激30天后小鼠杏仁核的线粒体自噬水平升高（图4）。

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　　PINK1和Parkin介导CSD诱导的线粒体自噬和焦虑样行为

　　已知PINK1（磷酸酶及张力蛋白同源物诱导的蛋白激酶1）和Parkin（E3 泛素连接酶）是参与线粒体自噬的两个关键蛋白，然而二者是否在CSD刺激的线粒体自噬中发挥作用尚需验证。本研究中，研究人员利用Pink1-/- 和 Park2-/-鼠进行了30天的CSD刺激，发现与野生型小鼠相比，Pink1-/-和Park2-/-鼠Tom 20与LC3或optiineurin的共定位未发生变化，BLA中线粒体的数量增加，且CSD诱导的线粒体膜电位的下降也被消除。

　　进一步研究发现，虽然Parkin和PINK1都是CSD诱导的mtDNA减少所必需的，但只有Parkin参与了CSD诱导的mtDNA复制的改变。综合以上结果，受损线粒体通过PINK1和Parkin介导的自噬被清除。

　　为了验证PINK1和Parkin是否参与了CSD刺激后小鼠行为的变化，研究者进行了行为学的测试，发现Pink1-/-和 Park2-/-鼠接受CSD刺激后，表现出了行为绝望但焦虑样行为未发生改变，表明PINK1和Parkin促进了CSD诱导的焦虑样行为的增加。此外，CSD增加了Pink1-/-鼠而非Park2-/-鼠的社交回避（图5）。

　　为了测试杏仁核线粒体缺陷是否会引起焦虑，研究人员在小鼠BLA中注射了表达AAV-mtKillerRed（一种荧光蛋白，在光照下产生活性氧在，在不导致细胞死亡的前提下损伤线粒体）和对照AAV-mtKeima。发现光刺激BLA增加了AAV-mtKillerRed注射小鼠的焦虑样行为，却对对照组小鼠没有影响。

　　电镜结果显示光刺激后，注射AAV-mtKillerRed的小鼠杏仁核中线粒体自噬体样结构和异常线粒体增加，线粒体数量减少，自噬体数目未受影响。综上所述，杏仁核线粒体的缺失增加了小鼠焦虑样行为（图6）。

　　综上所述，PINK1-Parkin自噬通路参与了CSD诱导的焦虑样行为。

　　图6. mtKillerRed光照会增加焦虑样行为和自噬

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　　CSD减弱了BLA-BNST间的突触传递，促进了焦虑样行为

　　鉴于线粒体对突触结构和功能的重要性，研究人员探索了CSD对突触生理的影响，发现CSD不影响BLA神经元的兴奋性、E/I（兴奋性电流与抑制性电流的比值）平衡和突触后反应。接着，利用光遗传手段（AAV-ChR2-EYFP）刺激抗焦虑通路BLA-adBNST（终纹床核），检测了该通路的突触传递。

　　电生理记录显示CSD刺激后小鼠的BLA-adBNST通路I/O曲线下移，表明突触传递减弱，且证实了这种减弱发生在突触前。以上结果表明，CSD减弱了BLA-adBNST的突触前传递。此外，通过检测PINK1在CSD突触效应中所起的作用，研究人员发现PINK1参与了CSD诱导的突触效应。

　　那么，BLA-adBNST突触的减弱是否会加重CSD诱导的焦虑效应呢？研究人员利用光遗传学手段增加受挫小鼠的BLA-adBNST的投射：将AAV-ChR2 注入WT小鼠BLA，并在adBNST处植入光纤，发现未接受光刺激时，CSD诱导小鼠产生了更多的焦虑样行为，而光刺激后焦虑样行为明显降低，表明BLA-adBNST突触的减弱增加了受挫小鼠的焦虑样行为。以上数据证实CSD减少了BLA-adBNST的突触传递，从而增加焦虑样行为（图7）。

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　　CSD诱导的线粒体自噬和焦虑样行为需要BLA的神经激活

　　杏仁核参与情绪处理和社会行为过程，作者猜测在CSD刺激期间杏仁核的强烈神经活动可能触发了线粒体自噬。将表达hM4Di的化学遗传学AAV工具注射至小鼠BLA，对兴奋性神经元进行抑制，发现未加CNO时CSD刺激的小鼠BLA中LC3标记的线粒体数量增加，而CNO处理后LC3标记的线粒体数量降低，而且CSD导致的社交回避和焦虑样行为受到抑制，这些数据表明BLA神经活性是CSD增强线粒体自噬和焦虑样行为所必需的（图8）。

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　　小 结

　　本研究发现慢性社会挫败应激导致小鼠线粒体损伤，进而选择性地触发杏仁核中的PINK1-Parkin线粒体自噬通路，线粒体自噬升高导致线粒体过度消除，从而导致线粒体缺陷，而BLA线粒体缺陷导致BLA-BNST突触传递减弱，焦虑增加。

　　本文明确了线粒体自噬在慢性心理应激诱导的焦虑样行为中的重要作用和机制，揭示了线粒体缺失是慢性心理应激引起的焦虑增加的基础，靶向线粒体和线粒体自噬或许是缓解焦虑症的潜在疗法。

　　原文链接：

　　https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.09.008