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[目的]抑郁症是世界范围内常见的且严重的精神疾病,也是全球残疾的主要原因。尽管采用了各种治疗方法,包括常见的抗抑郁药物和心理治疗,仍然有40%-50%的患者的症状无法缓解。因此,开发新的治疗策略对抑郁症患者至关重要。低强度聚焦超声(Low intensity focused ultrasound,LIFUS)作为一种非侵入性物理治疗方法,已被证实可抑制或者激活神经元,调节大脑活动,并在各种神经系统疾病中显示出积极的作用,这也为抑郁症的治疗提供了新的视角。在本研究中,首先搭建LIFUS刺激系统,并评估了超声刺激系统的安全性,随后通过腹腔注射脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)建立抑郁样行为小鼠模型,将LIFUS作用于模型小鼠的前额叶皮质(Prefrontal cortex,PFC),研究LIFUS刺激对小鼠抑郁样行为的干预作用,为促进超声治疗抑郁症的临床转化提供理论基础。[方法]1.采用信号发生器、功率放大器和超声换能器等搭建LIFUS刺激系统。2.本研究中采用的实验动物是SPF级环境下饲养的C57BL/6雄性小鼠(C57),8周龄,体重为22-25 g。根据实验目的不同,将实验动物进行随机分组。3.LIFUS刺激作用靶点定位以及安全性研究:健康的C57小鼠随机分为假刺激组(Sham)和超声刺激组(LIFUS),LIFUS刺激小鼠PFC结束后,通过免疫荧光标记C-fos蛋白以定位LIFUS刺激作用靶点,通过苏木精-伊红染色(Hematoxylin-eosin staining,HE)评估 LIFUS刺激的安全性。4.抑郁样行为小鼠模型的建立:C57小鼠随机分为盐水组(Nacl)、LPS浓度为0.5 mg/kg 组(0.5 mg/kg)、LPS浓度为0.83 mg/kg组(0.83 mg/kg)、LPS浓度为1 mg/kg组(1 mg/kg),腹腔注射LPS或者0.9%的氯化钠注射液,24小时后进行旷场实验(Open field test,OFT)以评估小鼠的抑郁样行为。5.LIFUS对LPS诱导的小鼠抑郁样行为的干预及机制研究:通过随机数方法将C57小鼠分为盐水组(Nacl+sham)、超声假刺激组(LPS+sham)和超声刺激组(LPS+LIFUS)。根据实验小鼠的体重腹腔注射LPS(1 mg/kg)或者等量的0.9%氯化钠注射液。6小时后通过OFT评估小鼠的运动能力,排除造模失败的实验动物,随后对模型成功的小鼠的PFC进行LIFUS刺激,24小时后,通过悬尾试验(Tail suspension test,TST)和强迫游泳试验(Forced swimming test,FST)评估小鼠的抑郁样行为,通过高架十字迷宫(Elevated plus maze,EPM)评估小鼠的焦虑样行为。此外,蛋白印迹(Western blot,WB)技术用来检测小鼠PFC的肿瘤坏死因子阿尔法(Tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、白介素6(Interleukin-6,IL-6)和白介素1贝塔(Interleukin-1β,IL-1β)的表达。[结果]1.LIFUS刺激作用靶点定位以及安全性研究:与Sham组相比,LIFUS刺激后能够引起小鼠PFC的C-fos蛋白的明显激活[Sham:(73.50 ± 9.4)vs.LIFUS:(204.00±25.57),P<0.01],同时HE染色显示经过LIFUS刺激后的PFC没有明显的组织损伤和出血。2.抑郁样行为小鼠模型的建立:Nacl、0.5 mg/kg、0.83 mg/kg和1 mg/kg四组小鼠在OFT中穿过中心区域的次数分别是(32.00±4.29)、(15.89±3.49)、(9.89±1.46)、(6.67±1.05)。0.83 mg/kg 和 1 mg/kg 与 Nacl相比,小鼠穿过 OFT 中心区域的次数都显著减少(P<0.0001),但是注射LPS浓度为1mg/kg的小鼠穿过OFT的次数最少。3.LIFUS对LPS诱导的小鼠抑郁样行为的干预及机制研究:腹腔注射LPS会引起小鼠明显的抑郁样行为,表现为在FST中,LPS+sham组[(152.40±9.31)s]的不动时间明显高于Nacl+sham组[(103.20±10.65)s,P<0.01],和在TST中LPS+sham 组[(165.80±7.24)s]中的不动时间明显高于 Nacl+sham 组[(124.40±5.81)s,P<0.001],而LIFUS在PFC的刺激明显改善了 LPS+LIFUS组小鼠的抑郁样行为[FST:(111.00±11.70)s,P<0.05;TST:(141.50±6.39)s,P<0.05]。LIFUS刺激也明显降低了 LPS引起的PFC区域炎症因子的上调,表现为与LPS+sham组相比,LPS+LIFUS组的TNF-α、IL-6和IL-1β三种炎症因子的表达明显降低。[结 论]1.本研究所搭建的LIFUS刺激系统及其参数能够安全作用于小鼠的PFC。2.本研究通过LPS建立符合实验需求的抑郁样行为小鼠模型的浓度为1 mg/kg。3.本研究搭建的LIFUS刺激系统和超声参数能够显著改善LPS诱导的小鼠抑郁样行为,其抗抑郁作用的机制可能与降低小鼠PFC区域的炎症因子有关。