背景:世界卫生组织于2021年发布的一篇报告中指出,全球约3.8%的人受到抑郁症的困扰。在中国,抑郁症的患病率约为9500万,其中,18岁以下患病人数高达30%。研究发现,因长期的社会压力而导致的抑郁症非常普遍,与此同时,越来越多的研究者发现压力会引起大脑内代谢型谷氨酸受体5(metabotropic glutamate receptor 5,mGluR5)的变化,它被激活后通过调节其他受体的数量、功能和激活下游信号通路调节突触可塑性,这对抑郁症的发生发展非常重要。事实上,抑郁症患者脑内mGluR5的表达明显降低,应激易感小鼠海马和前额叶皮质中mGluR5的水平明显降低,但是部分研究结果却与之相反,mGluR5如何介导抑郁症的发生目前还不清楚。大量的动物研究结果为应激可致小鼠抑郁这一结论提供了理论依据,通过PET示踪技术又观察到应激导致突触后mGluR5的密度失衡。运动和二甲双胍都具有改善抑郁行为的作用,二者是否通过mGluR5及下游信号通路发挥改善抑郁行为的作用以及作用机制是否相同需进一步探究分析。目的:本研究旨在探讨和比较CUMS小鼠在跑台运动、二甲双胍及二者联合干预作用下的行为变化,并探讨和比较mGluR5及其下游信号分子在跑台运动、二甲双胍及二者联合作用下的表达情况及分子机制,提出运动发挥抑郁症改善作用的可能机制。此外,与二甲双胍治疗抑郁症的效果和机制进行比较分析,为抑郁症的治疗方法的多样性提供参考依据。方法:本实验研究采用40只小鼠,约为4-5周龄,18-20g的体重。为保证实验的准确性,实验动物的性别为雄性。本实验选用C57BL/6品系的小鼠,SPF级微生物学级别。实验分组为:(1)CON组(n=8),即对照组,正常饲养8周;(2)CUMS组(n=8),实验小鼠接受8周应激,每天随机选其中一种进行操作,每种刺激的频率达到6次;(3)CUMS+EX组(n=8),3周的CUMS后,实验小鼠于第4周同时进行运动干预,干预分两个部分:1周的适应性运动,4周的正式跑台训练,5次/周,30min/次,速度为13m/min,坡度0°;(4)CUMS+MET组(n=8),3周的CUMS后,实验小鼠于第4周开始同时进行药物干预,把二甲双胍按照5mg/ml的浓度溶于小鼠的饮用水,使小鼠口服二甲双胍5周;(5)CUMS+EX+MET组(n=8),3周的CUMS后,实验小鼠于第4周开始同时进行运动和药物两种干预,运动干预为1周的适应性运动以及4周正式跑台训练;药物干预方法为口服5周二甲双胍,浓度为5mg/ml。实验结束后,采用三种行为学方法检测实验小鼠的抑郁行为。随即处死小鼠,取下丘脑、大脑皮层、中脑和海马组织。采用Real-time PCR技术检测下丘脑、大脑皮层和中脑内 mGluR5 及下游 Homer 1/ERK/CREB 和 Gadd45g/MEKK4/JNK信号通路分子的mRNA表达水平;采用Western Blotting技术检测海马组织的mGluR5及其下游Homer 1/ERK/CREB和Gadd45g/MEKK4/JNK信号通路分子蛋白表达水平。结果:(1)抑郁行为学结果:与CON组相比,糖水偏好实验(SPT)中CUMS组小鼠的糖水偏好出现显著下降(P<0.05);强迫游泳(FST)的不动时间出现非常显著增加(P<0.01),挣扎时间出现显著下降(P<0.05);OFT的中央总路程非常显著下降(P<0.01)。与CUMS相比,CUMS+EX组小鼠FST的不动时间出现显著下降(P<0.05);OFT的探洞次数出现显著增加(P<0.05),中央总路程出现非常显著增加(P<0.01)。与CUMS相比,CUMS+MET组小鼠糖水偏好出现显著升高(P<0.05);FST的不动时间显著下降(P<0.05);OFT的探洞次数显著增加(P<0.05)。与CUMS相比,CUMS+EX+MET组小鼠OFT的探洞次数出现显著增加(P<0.05)。(2)mGluR5的mRNA和蛋白水平:与CON组相比,CUMS组小鼠下丘脑中mGluR5的mRNA水平出现非常显著下降(P<0.01)。与CUMS组相比,CUMS+EX组小鼠中脑中mGluR5的mRNA水平出现非常显著降低(P<0.01),海马中mGluR5的蛋白水平出现非常显著升高(P<0.01)。与CUMS组相比,CUMS+MET组小鼠中脑中mGluR5的mRNA水平非常显著降低(P<0.01),海马中mGluR5蛋白水平出现非常显著升高(P<0.01)。与CUMS组相比,CUMS+EX+MET组小鼠海马中mGluR5的蛋白水平非常显著升高(P<0.01)。(3)Homer1/ERK/CREB信号通路分子的mRNA和蛋白水平:与CON组相比,CUMS组小鼠p-ERK/ERK的相对蛋白表达水平在海马中出现非常显著下降(P<0.01);BDNF的mRNA水平在下丘脑中显著下降(P<0.05),BDNF的相对蛋白表达水平在海马中出现非常显著升高(P<0.01)。与CUMS组相比,CUMS+EX组小鼠Homer1的mRNA水平在大脑皮层(P<0.05)和中脑(P<0.01)中均出现显著升高;p-ERK/ERK的相对蛋白表达水平在海马中出现非常显著升高(P<0.01)。与CUMS组相比,CUMS+MET组小鼠ERK的mRNA水平在下丘脑和大脑皮层中出现非常显著升高(P<0.01),p-ERK/ERK的相对蛋白表达水平在海马中出现非常显著升高(P<0.01)。与CUMS组相比,CUMS+EX+MET组小鼠ERK的mRNA水平在下丘脑中出现非常显著升高(P<0.01),p-ERK/ERK的相对蛋白表达水平在海马中显著升高(P<0.05);CREB的mRNA水平在中脑中显著升高(P<0.05);BDNF的相对蛋白表达水平在海马中出现非常显著下降(P<0.01)。与CUMS+EX组相比,CUMS+EX+MET组小鼠Homer1的mRNA水平在大脑皮层显著下降(P<0.05);CUMS+MET组小鼠ERK的mRNA水平在大脑皮层中出现非常显著升高(P<0.01),CUMS+EX+MET组小鼠p-ERK/ERK的相对蛋白表达水平在海马中出现非常显著下降(P<0.01);CUMS+EX+MET组小鼠CREB的mRNA水平在大脑皮层中显著下降(P<0.05);BDNF的mRNA水平在中脑中显著升高(P<0.05)。与CUMS+MET组相比,CUMS+EX+MET组小鼠ERK的mRNA水平在大脑皮层中出现非常显著下降(P<0.01),p-ERK/ERK的相对蛋白表达水平在海马中显著下降(P<0.05);BDNF的相对蛋白表达水平在海马中出现非常显著下降(P<0.01)。Gadd45g/MEKK4/JNK信号通路分子的mRNA和蛋白水平:与CON组相比,CUMS组小鼠的Gadd45g和MEKK4的mRNA水平(Remediation agentP<0.01)以及JNK和c-Jun的mRNA水平(P<0.05)在下丘脑中出现显著下降。与CUMS组相比,CUMS+MET组小鼠MEKK4的mRNA水平在下丘脑中出现非常显著升高(P<0.01);Gadd45g的蛋白水平在海马中升高(P=0.06);JNK和c-Jun的mRNA水平在大脑皮层中显著升高(P<0.05)。与CUMS组相比,CUMS+EX+MET组小鼠的MEKK4的mRNA水平在下丘脑中显著升高(P<0.05)。(4)mGluR5的表达与小鼠抑郁selleck Fer-1行为相关分析结果:mGluR5的mRNA的水平与FST的不动时间在下丘脑中存在显著负相关(P<0.05)。mGluR5的mRNA水平与SPT的糖水偏好在大脑皮层中存在显著负相关(P<0.05);与OFT的探洞次数在大脑皮层中存在显著正相关(P<0.05)。mGluR5的mRNA水平与OFT的中央距离在中脑中存在显著负相关(P<0.05)。mGluR5的蛋白水平与FST的不动时间在海马中存在显著正相关(P<0.05);与OFT的探洞次数存在显著正相关(P<0.05),与OFT的中央距离存在显著负相关(P<0.05)。mGluR5的表达与Homer 1/ERK/CREB信号通路分子水平相关分析结果:mGluR5与Homer1的mRNA水平在下丘脑中(P<0.05)和大脑皮层(P<0.01)中均存在显著正相关。mGluR5与ERK的mRNA水平在中脑中存在显著负相关(P<0.05)。Homer1与ERK的mRNA水平在下丘脑(P<0.05)和大脑皮层(P<0.01)中均存在显著正相关,Homer1与ERK的蛋白水平在海马中存在非常显著正相关(P<0.01)。ERK与CREB的mRNA水平在下丘脑、大脑皮层和中脑中均存在非常显著正相关(P<0.01),p-ERK与CREB的蛋白水平在海马中存在非常显著正相关(P<0.01)。CREB与BDNF的mRNA水平在下丘脑和大脑皮层中均存在非常显著正相关(P<0.01)。mGluR5的表达与Gadd45g/MEKK4/JNK信号通路分子水平相关分析结果:mGluR5与Gadd45g的mRNA更多水平在下丘脑、大脑皮层和中脑中存在非常显著正相关(P<0.01)。Gadd45g与MEKK4的mRNA水平在下丘脑和大脑皮层中存在非常显著正相关(P<0.01),Gadd45g与MEKK4的蛋白水平在海马中存在显著正相关(P<0.05)。MEKK4与JNK的mRNA水平在下丘脑、大脑皮层和中脑中存在非常显著正相关(P<0.01),MEKK4与JNK的蛋白水平在海马中存在显著正相关(P<0.05)。JNK与c-Jun的mRNA水平在下丘脑、大脑皮层和中脑存在非常显著正相关(P<0.01),p-JNK与c-Jun的蛋白水平在海马中存在非常显著正相关(P<0.01)。结论:(1)慢性不可预见性温和应激诱导小鼠产生抑郁行为,运动和药物二甲双胍干预都可改善CUMS小鼠的抑郁行为,二者单独改善作用效果均优于联合作用。(2)慢性不可预见性温和应激改变大脑mGluR5的水平,运动和二甲双胍都可以纠正CUMS小鼠大脑内异常的mGluR5水平。(3)慢性不可预见性温和应激导致的小鼠产生抑郁行为与mGluR5下游的Homer1/ERK/CREB和Gadd45g/MEKK4/JNK紊乱有关。运动可能通过恢复Homer1/ERK/CREB信号通路产生抗抑郁效应,而二甲双胍可能激活Gadd45g/MEKK4/JNK信号通路发挥抗抑郁效应。