岛叶皮层通过糖皮质激素信号通路介导慢性束缚应激引起的类似肠易激综合征的行为

《Neurobiology of Disease》：Insular cortex mediates chronic restraint stress-induced irritable bowel syndrome-like behaviors via glucocorticoid signaling

本研究通过慢性束缚应激（CRS）小鼠模型，揭示边缘皮质（IC）激活与IBS样症状、焦虑样行为及痛觉过敏的关联。结果显示，CRS诱导IC c-Fos表达上调，化学遗传学抑制IC可显著缓解IBS相关行为，而激活IC则加剧症状。皮质醇通过糖皮质激素受体（GR）介导IC过度激活，GR拮抗剂米非司酮能有效抑制CRS效应。此外，抗癫痫药拉莫三嗪可显著降低IC活性并改善所有症状。研究首次阐明GR-IC通路在IBS发病中的关键作用，并证实拉莫三嗪作为潜在治疗剂的可行性。

　　### 肠道-大脑相互作用与肠易激综合征的神经机制研究

肠易激综合征（Irritable Bowel Syndrome, IBS）是一种与肠道和大脑之间相互作用异常相关的功能性肠道疾病，其主要特征包括慢性腹痛、排便习惯改变以及与情绪障碍如焦虑和抑郁的共病。IBS的临床管理面临诸多挑战，其中高共病率是影响治疗效果的重要因素之一。焦虑和抑郁情绪不仅会加重IBS症状，还可能导致疾病的复发。因此，理解IBS与情绪障碍之间的神经机制对于开发新的治疗策略至关重要。

近年来，越来越多的研究表明，中枢神经系统在整合情绪状态与胃肠功能方面发挥着关键作用。尽管传统研究多集中于肠道的外周机制，如肠道菌群失调和内脏高敏感性，但越来越多的证据支持中枢神经系统的参与。在本研究中，我们采用慢性束缚应激（Chronic Restraint Stress, CRS）模型来诱导小鼠中与IBS相似的行为表现，同时评估其对情绪和疼痛反应的影响。CRS不仅能够引发IBS样症状，还能导致焦虑样行为和痛觉过敏（hyperalgesia）。通过一系列实验，我们探讨了IC（岛叶皮层）在这些病理表现中的作用，并评估了药物干预的潜力。

### 慢性束缚应激模型与IBS样症状的诱导

慢性束缚应激是一种广泛用于研究IBS和焦虑样行为的动物模型。在本研究中，我们对小鼠进行了为期10天的CRS处理，每天将其置于50 mL的锥形管中，保持通风，并持续2小时。这种应激条件能够诱导与IBS相关的肠道功能异常，如排便频率增加、粪便含水量升高以及腹壁收缩反射（Abdominal Withdrawal Reflex, AWR）评分增加。此外，通过口服红染料检测肠道运动速度，我们发现CRS小鼠中排泄红染料的比例显著高于对照组，进一步验证了IBS样症状的诱导。

为了评估焦虑样行为，我们使用了开放场测试（Open Field Test, OFT）和高架十字迷宫（Elevated Plus Maze, EPM）两种经典方法。结果显示，CRS处理后的小鼠在OFT中表现出较少的活动距离、较少的时间停留在中心区域以及较少的中心区域进入次数；在EPM中，小鼠在开放臂中停留的时间和进入次数也显著减少。这些行为变化表明，CRS不仅影响了肠道功能，还显著增加了小鼠的焦虑样行为。

此外，为了评估痛觉过敏，我们进行了von Frey测试和热板测试。CRS小鼠在von Frey测试中表现出机械痛觉阈值降低，在热板测试中表现出热痛觉阈值降低，这说明CRS处理后的小鼠出现了明显的痛觉过敏现象。这些结果共同表明，CRS能够有效诱导IBS样症状、焦虑样行为和痛觉过敏，从而为后续的神经机制研究提供了可靠的模型。

### 岛叶皮层的激活与IBS样症状的关系

在CRS处理后，我们通过免疫染色检测了小鼠脑内c-Fos蛋白的表达，c-Fos是一种立即早期基因，其表达水平可以反映神经元的激活程度。结果显示，CRS处理后的小鼠岛叶皮层（Insular Cortex, IC）中c-Fos阳性细胞数量显著增加，表明该区域在应激条件下被激活。为了进一步验证IC在IBS样症状中的作用，我们采用化学遗传学方法，通过注射AAV2/9-hsyn-hM4Di-mCherry或AAV2/9-hsyn-mCherry病毒载体，分别对IC进行慢性抑制和对照处理。

实验结果显示，IC抑制后，IBS样症状显著减轻，包括排便频率降低、粪便含水量减少以及AWR评分下降。同时，焦虑样行为也有所改善，表现为OFT中中心区域停留时间增加，EPM中开放臂停留时间和进入次数增加。此外，痛觉过敏也得到缓解，机械和热痛觉阈值显著提高。这些结果表明，IC的激活是CRS诱导IBS样症状、焦虑样行为和痛觉过敏所必需的。

为了探讨IC是否足以单独诱导这些病理表现，我们采用了一种较轻的CRS处理（7天）并结合IC的慢性激活（使用hM3D(Gq) DREADDs）。结果显示，即使在较轻的应激条件下，IC的激活仍然能够显著增强IBS样症状和痛觉过敏，但对焦虑样行为的影响不明显。这可能是因为7天的CRS处理已经诱导了较高的焦虑基线水平，从而限制了IC进一步增强焦虑样行为的能力。这一现象被称为“天花板效应”（ceiling effect），即某些行为表现已经达到了极限，无法进一步增强。

### 肾上腺皮质激素与IC激活的关系

为了进一步阐明IC激活与IBS样症状之间的关系，我们评估了CRS处理后小鼠血浆中皮质酮（corticosterone）的水平。结果表明，CRS处理显著增加了血浆中的皮质酮浓度，这表明应激激活了下丘脑-垂体-肾上腺轴（Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis, HPA轴），导致肾上腺分泌更多的皮质酮。皮质酮作为一种重要的应激激素，能够通过与皮质酮受体（Glucocorticoid Receptor, GR）结合，影响神经元的兴奋性。

为了验证皮质酮在CRS诱导IBS样症状中的作用，我们使用了GR拮抗剂米非司酮（Mifepristone）进行干预。结果表明，米非司酮能够显著减轻CRS诱导的IBS样症状，包括排便频率、粪便含水量、AWR评分和红染料排泄率的下降。同时，米非司酮还能够改善焦虑样行为，表现为OFT和EPM中中心区域停留时间和开放臂停留时间的增加。此外，米非司酮也有效缓解了痛觉过敏，机械和热痛觉阈值显著提高。最后，IC中的c-Fos阳性细胞数量也显著减少，说明GR拮抗剂能够抑制IC的激活，从而减轻相关症状。

为了进一步验证皮质酮是否足以单独诱导这些病理表现，我们对野生型小鼠进行了皮质酮注射处理。结果显示，皮质酮注射能够显著增强IBS样症状，包括排便频率增加、粪便含水量升高、AWR评分上升以及红染料排泄率增加。同时，皮质酮也部分诱导了焦虑样行为，表现为OFT和EPM中中心区域停留时间减少，开放臂停留时间和进入次数减少。此外，皮质酮还导致机械和热痛觉阈值降低，以及IC中c-Fos阳性细胞数量显著增加。这些结果表明，皮质酮的升高不仅与CRS诱导的IBS样症状相关，还能够直接激活IC，从而促进这些病理表现的发展。

### Lamotrigine的治疗作用与IC超激活的抑制

Lamotrigine是一种临床用于治疗癫痫和情绪障碍的药物，其作用机制是通过阻断电压门控钠通道，抑制神经元的过度兴奋性。在本研究中，我们评估了Lamotrigine对CRS诱导的IBS样症状、焦虑样行为和痛觉过敏的治疗效果。实验结果显示，Lamotrigine能够显著减轻这些症状，包括排便频率、粪便含水量、AWR评分和红染料排泄率的下降，以及焦虑样行为的改善，表现为OFT和EPM中中心区域停留时间和开放臂停留时间的增加。此外，Lamotrigine还有效缓解了痛觉过敏，机械和热痛觉阈值显著提高。

为了进一步验证Lamotrigine的作用机制，我们通过免疫荧光染色检测了IC中c-Fos阳性细胞的数量。结果显示，Lamotrigine处理后，IC中的c-Fos阳性细胞数量显著减少，说明该药物能够有效抑制IC的激活，从而减轻相关症状。这些结果表明，Lamotrigine可能通过抑制IC的超激活来治疗IBS相关的情绪障碍和疼痛反应。

### 研究的局限性与未来方向

尽管本研究取得了一些重要的发现，但仍存在一些局限性。首先，本研究仅在雄性小鼠中进行，未来需要在雌性小鼠中验证这些结果，以评估性别差异对IBS和情绪障碍的影响。其次，IC中具体的亚区和细胞类型在应激反应中的作用尚未明确，未来可以通过c-Fos标记和单细胞RNA测序等技术进一步探索。此外，IC不仅接收来自肠道的疼痛信号，还能够通过迷走神经向肠道发送信号，因此IC在肠道-大脑-肠道回路中的作用值得进一步关注。最后，尽管Lamotrigine能够有效抑制IC的激活并缓解IBS相关症状，但未来需要优化药物的靶向输送方法和给药途径，以提高治疗的精准性和有效性。

### 结论

本研究通过慢性束缚应激模型，揭示了IC在IBS样症状、焦虑样行为和痛觉过敏中的关键作用。我们发现，IC的激活是这些病理表现的必要条件，而皮质酮的升高则可能通过激活IC来促进这些症状的发展。Lamotrigine作为一种能够抑制神经元过度兴奋的药物，能够有效减轻IC的激活，并缓解IBS相关的情绪障碍和疼痛反应。这些发现为IBS及相关情绪障碍的治疗提供了新的思路，同时也强调了IC作为中枢神经系统干预靶点的重要性。未来的研究应进一步探索IC在不同性别和应激条件下的具体作用机制，以及如何通过靶向干预IC来开发更有效的治疗策略。