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摘要：CRH 神經(jīng)元釋放的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素 (CRH)能激活下丘腦-垂體-腎上腺 (HPA) 軸，主要的生理應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)之一。 HPA 軸上運(yùn)行復(fù)雜的反饋回路，了解在應(yīng)激障礙背景下調(diào)節(jié) CRH 神經(jīng)元的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制非常重要。我們回顧了斑馬魚體內(nèi)研究如何提高 CRH 神經(jīng)元的神經(jīng)生物學(xué)知識(shí)。精神分裂癥1(DISC1) 突變斑馬魚減弱了應(yīng)激反應(yīng)，可用于模擬人類應(yīng)激障礙。我們認(rèn)為與精神疾病的機(jī)制聯(lián)系得DISC1影響CRH神經(jīng)元的發(fā)育和功能。

研究CRH軸的斑馬魚模型：促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素 (CRH)，也稱為促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子，是一種 41 個(gè)氨基酸肽。雖然在身體許多部位的不同組織中產(chǎn)生，但 CRH 研究最多的是它作為一種釋放激素參與下丘腦-垂體-腎上腺 (HPA) 軸介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)。當(dāng)應(yīng)激源激活HPA軸時(shí)，CRH從投射到正中隆起的下丘腦室旁核（PVN）的小細(xì)胞神經(jīng)元釋放；CRH 進(jìn)入門靜脈系統(tǒng)并通過(guò)小毛細(xì)血管運(yùn)輸?shù)酱贵w前葉。魚類HPI 軸激活誘導(dǎo)神經(jīng)分泌視前區(qū) (NPO) 的神經(jīng)元分泌 CRH。這些細(xì)胞將直接的神經(jīng)元投射發(fā)送到垂體前葉的遠(yuǎn)端。在垂體前葉的促皮質(zhì)激素細(xì)胞中，CRH 與其受體結(jié)合。魚類和哺乳動(dòng)物中都存在兩種受體，CRH受體1和CRH受體2（分別為CRHR1和CRHR2），CRHR1是魚類HPI軸的主要受體。受體結(jié)合啟動(dòng)促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）的合成和釋放，促腎上腺皮質(zhì)素通過(guò)循環(huán)到達(dá)腎上腺或內(nèi)分泌腺。ACTH 與腎間腺的類固醇生成細(xì)胞中的受體 MC2R（黑皮質(zhì)素 2 受體）結(jié)合從而啟動(dòng)皮質(zhì)醇的合成，皮質(zhì)醇是魚類和人類的關(guān)鍵應(yīng)激激素。

小鼠損傷和遺傳學(xué)研究表明CRH神經(jīng)元對(duì)應(yīng)激反應(yīng)至關(guān)重要。然而，哺乳動(dòng)物下丘腦位于大腦深處，很難進(jìn)入限制了此類研究。斑馬魚的大腦要小得多，適合進(jìn)行體內(nèi)神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)。斑馬魚為研究支持行為表型的神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制提供了一個(gè)遺傳易處理的高通量系統(tǒng)。將討論斑馬魚 CRH 系統(tǒng)，重點(diǎn)關(guān)注下丘腦 CRH 神經(jīng)元。 此外，我們討論了 CRH 與精神分裂癥 1 (DISC1) 的相互作用，動(dòng)物模型表明 CRH 系統(tǒng)發(fā)生了改變。

斑馬魚下丘腦的CRH神經(jīng)元：斑馬魚 CRH 神經(jīng)元分布在整個(gè)大腦中以相當(dāng)保守的方式分布。 哺乳動(dòng)物CRH 由單個(gè)基因編碼以相當(dāng)保守的方式分布。 硬骨魚兩個(gè) CRH 基因 crha 和 crhb 通過(guò)基因組復(fù)制進(jìn)化。crha和crhb基因分別編碼162和132個(gè)氨基酸多肽具有44%的同一性和56%的相似性。crhb被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物CRH基因的同源基因，其研究范圍比crha廣泛得多，crha的表達(dá)僅限于腦室周圍下丘腦。crhb首先在受精后24小時(shí)左右（hpf）表達(dá)，從受精后3天起（dpf）可以在大腦的多個(gè)區(qū)域檢測(cè)到，包括丘腦下部、視前區(qū)、后結(jié)節(jié)、下丘腦、腹側(cè)丘腦和后腦以及視網(wǎng)膜。在斑馬魚的NPO中發(fā)現(xiàn)視前區(qū)crh表達(dá)神經(jīng)元。該區(qū)域內(nèi)表達(dá) crh 的神經(jīng)元與其他表達(dá)催產(chǎn)素 (oxt)、精氨酸加壓素 (avp)、腦啡肽原 a (penka)、神經(jīng)降壓素 (nts) 和生長(zhǎng)抑素的神經(jīng)元形成密集的混合簇。而表達(dá)膽囊收縮素 (cck)、腦啡肽原 b (penkb) 和血管活性腸肽 (vip) 的神經(jīng)元?jiǎng)t位于不同的 NPO 亞區(qū)。 NPO 之外可以在下丘腦的其他區(qū)域特別是在結(jié)節(jié)區(qū)域發(fā)現(xiàn)表達(dá) crh 的細(xì)胞，小鼠也是如此。

魚類的功能研究支持NPO的CRH神經(jīng)元在應(yīng)激調(diào)節(jié)中的作用：在斑馬魚身上的研究揭示了NPO的CRH神經(jīng)元在完整動(dòng)物體內(nèi)對(duì)急性應(yīng)激暴露的反應(yīng)。響應(yīng)性CRH NPO細(xì)胞的數(shù)量也隨著應(yīng)激強(qiáng)度的增加而增加，并且這些細(xì)胞還表現(xiàn)出Ca2+增加。數(shù)據(jù)表明，CRH細(xì)胞活動(dòng)受到嚴(yán)格調(diào)控并根據(jù)應(yīng)激源強(qiáng)度而變化以確保HPA軸反應(yīng)與威脅嚴(yán)重程度成比例。隨后的一項(xiàng)研究利用分子、成像和計(jì)算技術(shù)研究了各種NPO神經(jīng)肽在應(yīng)激行為反應(yīng)中的作用。與其他一些NPO肽能群體相比表達(dá)crh的神經(jīng)元在對(duì)特定威脅的反應(yīng)方面表現(xiàn)出專業(yè)化。例如，許多表達(dá)crh的神經(jīng)元純粹對(duì)熱、鹽度或酸度做出反應(yīng)，而不是對(duì)多種威脅做出反應(yīng)。雖然消融 crh 或 oxt 的表達(dá)神經(jīng)元對(duì)威脅的行為反應(yīng)沒(méi)有影響，但兩者的聯(lián)合消融顯著降低了對(duì)厭惡刺激的行為反應(yīng)，這表明這些單獨(dú)的神經(jīng)元簇共同作用以促進(jìn)應(yīng)激誘導(dǎo)行為。隨后的實(shí)驗(yàn)表明，表達(dá)oxt和crh的NPO簇在很大程度上是谷氨酸能的，除了投射到垂體外，還投射到腦干中一組特定的脊髓投射神經(jīng)元，這對(duì)應(yīng)激運(yùn)動(dòng)反應(yīng)至關(guān)重要。在很短的時(shí)間內(nèi)觀察到對(duì)厭惡性刺激的行為反應(yīng)，這表明CRH NPO神經(jīng)元在對(duì)各種應(yīng)激源的快速運(yùn)動(dòng)反應(yīng)中發(fā)揮作用。使用 CRISPR crhr1 敲除 (KO) 斑馬魚在體內(nèi)研究了 CRH 系統(tǒng)。crhr1 KO 仔魚無(wú)法對(duì)急性應(yīng)激源做出反應(yīng)，即內(nèi)源性皮質(zhì)醇水平在應(yīng)激暴露后并沒(méi)有像在野生型中觀察到的那樣迅速增加。在明暗運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)中crhr1 KO仔魚也表現(xiàn)出行為改變，通常在明暗期凍結(jié)，在黑暗期自由游泳。在黑暗階段crhr1 KO 仔魚在 15 分鐘和 60 分鐘時(shí)間點(diǎn)與野生型相比表現(xiàn)出一些低活性。在光照階段，應(yīng)激暴露誘導(dǎo)野生型仔魚過(guò)度活躍，但在crhr1 KO仔魚中未觀察到這種情況。然而，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)激誘導(dǎo)的多動(dòng)癥可能主要由皮質(zhì)醇的下游效應(yīng)而不是CRH本身介導(dǎo)。對(duì)該模型的進(jìn)一步研究可能揭示CRH是否獨(dú)立于皮質(zhì)醇調(diào)節(jié)魚類的其他應(yīng)激誘導(dǎo)行為，正如在嚙齒動(dòng)物中觀察到的那樣。

應(yīng)激反應(yīng)中CRH表達(dá)的調(diào)節(jié)：CRH的調(diào)節(jié)對(duì)于建立適當(dāng)?shù)膽?yīng)激反應(yīng)至關(guān)重要。斑馬魚實(shí)驗(yàn)表明，含有同源結(jié)構(gòu)域的Otp參與應(yīng)激反應(yīng)期間crh的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。斑馬魚有兩種 OTP 同源物，即 otpa 和 otpb。 otpa null斑馬魚在急性應(yīng)激源暴露后不會(huì)上調(diào)crh表達(dá)。染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）實(shí)驗(yàn)隨后顯示在暴露于應(yīng)激源后Otp蛋白被招募到斑馬魚crh啟動(dòng)子區(qū)域。以類似的方式，Otp 在應(yīng)激后也被招募到 a2bp1 基因的啟動(dòng)子區(qū)域。已知 RBFOX1 可調(diào)節(jié)神經(jīng)元 Pac1 的可變剪接，后者編碼垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽的受體。作者證明了短 pac1 變體是應(yīng)激后 crh 轉(zhuǎn)錄正常上調(diào)所必需的，而 pac1-hop (long) mRNA 同種型是應(yīng)激后恢復(fù)階段 crh 轉(zhuǎn)錄正常終止以及內(nèi)源性皮質(zhì)醇的初始和恢復(fù)階段正常調(diào)節(jié)所必需的。發(fā)現(xiàn)斑馬魚仔魚pac1-hop（長(zhǎng)）變體對(duì)于急性應(yīng)激源的行為反應(yīng)非常重要。這些實(shí)驗(yàn)支持了pac1的選擇性剪接對(duì)于應(yīng)激誘導(dǎo)的crh轉(zhuǎn)錄、HPA軸和行為的調(diào)節(jié)是必需的。除了在HPI軸調(diào)節(jié)的背景下鑒定似乎能急性調(diào)節(jié)crh表達(dá)的分子外，動(dòng)物模型還可用于鑒定可能調(diào)節(jié)crh神經(jīng)元發(fā)育的分子，而這些分子又可能影響其在HPA軸的功能。嚙齒動(dòng)物的經(jīng)典敲除研究已經(jīng)確定了參與 CRH 神經(jīng)元發(fā)育調(diào)節(jié)的多個(gè)參與者。斑馬魚研究還發(fā)現(xiàn)了一些正在開(kāi)發(fā)的新型crh潛在調(diào)節(jié)因子。趨化因子樣基因 sam2 (samdori 2) 的斑馬魚突變體在新型水箱和淺灘試驗(yàn)測(cè)試中表現(xiàn)出焦慮樣行為，并且視前區(qū)的 crh 表達(dá)顯著增加。Sam2 KO小鼠也表現(xiàn)出焦慮和恐懼行為，在PVN中Sam2似乎調(diào)節(jié)CRH神經(jīng)元上GABA能輸入的頻率。

人類應(yīng)激障礙的斑馬魚模型：CRH-DISC1連接

描述人類應(yīng)激障礙的最佳斑馬魚模型之一是DISC1（精神分裂癥1中的紊亂）斑馬魚。DISC1編碼一種多功能支架蛋白，顯示出大量的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用。有證據(jù)表明DISC1是一系列精神疾病的危險(xiǎn)因素，并在神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)信號(hào)通路中發(fā)揮作用。盡管 DISC1 與更廣泛人群中的精神疾病的相關(guān)性仍然存在爭(zhēng)議，但 DISC1 突變體和轉(zhuǎn)基因小鼠作為人類精神疾病模型具有表面有效性從而使人們了解精神疾病的病理生理機(jī)制。Disc1突變小鼠表現(xiàn)出廣泛的行為和神經(jīng)表型。其中包括HPA軸缺陷，表現(xiàn)為應(yīng)激反應(yīng)的改變。在攜帶可誘導(dǎo)突變?nèi)薉ISC1基因的轉(zhuǎn)基因小鼠株中報(bào)道了HPA軸的反應(yīng)性減弱。在第二項(xiàng)研究中，報(bào)告了一種相反的表型：輕度隔離應(yīng)激攜帶突變?nèi)薉ISC1基因的青少年轉(zhuǎn)基因小鼠后發(fā)現(xiàn)血漿皮質(zhì)酮水平升高。這些明顯相互矛盾的結(jié)果可能反映了使用不同應(yīng)激模式、使用不同啟動(dòng)子的突變?nèi)薉ISC1表達(dá)譜或在HPA軸上運(yùn)行的復(fù)雜反饋環(huán)的差異。在胚胎斑馬魚中，在腹側(cè)間腦（包括下丘腦結(jié)節(jié)）disc1表達(dá)顯著。表達(dá)disc1的細(xì)胞靠近表達(dá)crh的神經(jīng)元，以及表達(dá)nr5a1a和pomca的神經(jīng)元。純合disc1突變體改變了下丘腦結(jié)節(jié)中crh的表達(dá)，視前下丘腦中crh表達(dá)也改變。disc1 突變的影響在生命早期是動(dòng)態(tài)的：在胚胎期，在視前 NPO 區(qū)域觀察到 crh 表達(dá)增加而 disc1 突變體仔魚下丘腦中 crh 表達(dá)降低。仔魚階段crh表達(dá)神經(jīng)元的減少與突變仔魚對(duì)急性應(yīng)激暴露的遲鈍行為和內(nèi)分泌反應(yīng)相關(guān)，這與先前描述的HPA軸反應(yīng)性減弱一致。鑒于 crh 在應(yīng)激調(diào)節(jié)中的重要作用以及 disc1 突變斑馬魚應(yīng)激反應(yīng)的改變，disc1 似乎 通過(guò) crh 調(diào)節(jié) HPA 軸。disc1調(diào)節(jié)下丘腦crh神經(jīng)元發(fā)育的機(jī)制尚不清楚。此外，disc1突變體顯示表達(dá)pomca和nr5a1a的神經(jīng)元分化發(fā)生改變。到目前為止導(dǎo)致disc1突變體中crh表達(dá)神經(jīng)元數(shù)量改變的機(jī)制尚不清楚。迄今為止沒(méi)有對(duì)斑馬魚rx3基因敲除后的rx3表現(xiàn)祖細(xì)胞進(jìn)行譜系分析也沒(méi)有對(duì)crh表現(xiàn)神經(jīng)元進(jìn)行全面分析。disc1可通過(guò)作用于已知的crh調(diào)節(jié)因子之一，如otp、arnt2和sim1a、brn2或LIM同源框2（lhx2）或通過(guò)未知途徑調(diào)節(jié)crh神經(jīng)元的發(fā)育。disc1 可以通過(guò)作用于已知的 crh 調(diào)節(jié)因子之一，如 otp、arnt2 和 sim1a、brn2 或 LIM 同源框 2 (lhx2) 或通過(guò)尚不清楚的途徑來(lái)調(diào)節(jié) crh 神經(jīng)元的發(fā)育。

Disc1對(duì)斑馬魚下丘腦發(fā)育的調(diào)節(jié)

未來(lái)展望：最近對(duì)斑馬魚的研究表明應(yīng)激反應(yīng)中CRH神經(jīng)元的活動(dòng)是復(fù)雜的，受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)，CRH 神經(jīng)元活動(dòng)的不同方面會(huì)隨著威脅性刺激而變化。使用體內(nèi)鈣成像等技術(shù)測(cè)量斑馬魚的神經(jīng)元活動(dòng)是梳理完整動(dòng)物 CRH 神經(jīng)元復(fù)雜功能的有力工具。在有或無(wú)應(yīng)激源暴露的disc1突變魚中進(jìn)行鈣成像，可以深入了解disc1是否在體內(nèi)調(diào)節(jié)CRH神經(jīng)元的活動(dòng)。在不同環(huán)境（例如早期生活壓力暴露）下飼養(yǎng)的動(dòng)物的 CRH 神經(jīng)元的鈣成像可以揭示發(fā)育如何影響應(yīng)激反應(yīng)。哺乳動(dòng)物的單細(xì)胞 RNA 測(cè)序 (scRNAseq) 研究表明即使在視前區(qū)域內(nèi)也存在多個(gè)下丘腦 Crh 表達(dá)細(xì)胞亞群。斑馬魚是一種具有較小的大腦的簡(jiǎn)單模型生物，但具有高度的分子保守性可用于研究這些小細(xì)胞群的發(fā)育和功能。disc1 突變魚 crh 表達(dá)細(xì)胞的 scRNAseq 可用于梳理由于 disc1 功能缺乏導(dǎo)致的 CRH 神經(jīng)元特定的亞群差異以及鑒定連接disc1與CRH神經(jīng)元發(fā)育和功能的分子。

原文出自：Zebrafish as a model to investigate the CRH axis and interactions with DISC1 - ScienceDirect