《Biological Psychiatry》:Is the medial subthalamic region in humans homologous to that in rodents? Relevance to neuropsychiatric disorders and their treatment with DBS.
編輯推薦:
該綜述聚焦丘腦底核(STN)的深部腦刺激(DBS)治療,探討人類與嚙齒類動物丘腦底內側區(MSR)的同源性。通過對比神經化學和神經束路數據,發現兩者具同源性,且嚙齒類 MSR 核團功能與人類 STN-DBS 副作用相關,呼吁深入研究以優化神經精神疾病治療。
丘腦底核深部腦刺激的應用與機制探索
深部腦刺激(DBS)靶向丘腦底核(STN)是治療帕金森。≒D)、強迫癥(OCD)等難治性神經精神疾病的有效方法,但其作用機制尚不完全明確,可能涉及鄰近結構,且存在多種副作用。丘腦底內側區(MSR)在人類中被認為是起源于邊緣皮質區的超直接通路的解剖靶點,但尚未有明確的細胞簇或核團描述;而在嚙齒類動物中,MSR 接受來自邊緣皮質的輸入,并包含明確的核團,如旁丘腦底核(PSTN)。
人類與嚙齒類動物下丘腦的解剖與神經化學特征
在人類中,STN 的解剖和神經化學結構仍是研究熱點,其內側核團的特征描述尚不完整。有資料提及 “Sano 三角”,但對其范圍界定存在爭議。盡管艾倫腦科學研究所的人類腦圖譜顯示 STN 后極附近存在 PSTN,但其位置與嚙齒類動物中已知的 PSTN 解剖和發育情況存在諸多矛盾,令人質疑。
嚙齒類動物 MSR 的特征描述相對較新。20 世紀 80 年代,通過將辣根過氧化物酶注射到自主神經控制中心后的逆行標記,首次在大鼠 STN 附近發現細胞簇。后續基于神經化學結構數據,PSTN 被確定為包含囊泡谷氨酸轉運體 2(Vglut2)/ 速激肽 1(Tac1)表達神經元的核團,并可進一步分為 PSTN 和前 PSTN。此外,PSTN 區域還含有促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)神經元,其與 STN 的關系仍需進一步研究。嚙齒類動物 PSTN 區域的鈣結合蛋白和降鈣素基因相關肽(CGRP)表達較強,易于識別。
人類下丘腦的神經化學組織與嚙齒類動物存在差異。MCH 和 TAC1 在人類下丘腦中表達較強,但主要位于第三腦室附近的后下丘腦核,而非 STN 附近,因此對理解人類后外側下丘腦(LHAp)的組織結構幫助不大。盡管人類和嚙齒類動物 STN 均表達小白蛋白,但內側區域的鈣結合蛋白表達模式相似,提示可能存在一定的同源性。然而,人類中是否存在類似嚙齒類動物的 Parvafox 核仍需確認。
超直接通路與丘腦底內側區的特征
超直接通路由皮質投射至 STN,其解剖特征具有重要功能意義。靈長類動物和人類研究表明,運動和聯合區分別支配 STN 的外側和腹側部分,而邊緣區則支配 STN 的前內側端及以外的 MSR 區域,即 “Sano 三角”。嚙齒類動物研究顯示,PSTN 接受島葉和內側前額葉的投射,Parvafox 和 Gemini 核則接受腹側眶額皮質和皮質杏仁核軸突的支配,提示人類 PSTN 可能位于 STN 的前內側區域。然而,靈長類動物中與 STN 相鄰區域的皮質投射精細分布尚不明確,需進一步研究。
丘腦底內側區功能與 STN 慢性刺激的非運動癥狀
STN 刺激可改善 PD 和 OCD 的運動或行為癥狀,但也常伴隨行為、代謝和自主神經效應。體重增加是 STN-DBS 的常見副作用,可能與電極位置和 MSR 區域的參與有關。嚙齒類動物研究表明,PSTN 與攝食行為相關,其神經元活動可抑制或促進食物攝入,具體取決于神經元類型。臨床研究發現,STN 邊緣區的主動刺激與體重增加及對高熱量甜食的反應增強相關。
自主神經功能障礙是晚期 PD 的常見非運動癥狀,STN-DBS 可改善部分癥狀。嚙齒類動物研究顯示,MSR,尤其是 STN 附近的 PSTN,參與自主神經反應,如情緒性體溫調節、胃腸蠕動和心血管功能調節。盡管 DBS 對 PD 患者心血管功能的影響尚無定論,但嚙齒類動物研究提示 PSTN 和 Parvafox 核可能通過不同途徑影響心血管反應。
嚙齒類動物 PSTN 還參與處理內臟、嗅覺、味覺和情緒體驗的享樂值,編碼厭惡記憶并促進回避行為,與沖動性和焦慮相關。STN 刺激可調節沖動性,但也可能導致焦慮、抑郁等神經精神副作用。多巴胺能和 5 - 羥色胺能通路通過 MSR,可能影響這些反應。此外,電極植入位置與攻擊性行為相關,提示 MSR 可能參與情緒調節。
結論
嚙齒類動物 STN 內側區域由多個核團組成,而人類對此仍知之甚少。人類和嚙齒類動物的 STN 和 MSR 均接受皮質的拓撲投射,并具有一些重要的神經化學特征,提示兩者在形態功能上存在相似性。嚙齒類動物中這些核團在自主神經反應、攝食、沖動性和攻擊行為控制方面的功能,提示其可能與 PD 和 OCD 的病因及 STN-DBS 治療的效果相關。這些結果鼓勵在嚙齒類動物模型和人類中進一步開展研究,以提高 DBS 臨床應用的精準性和神經精神疾病的治療效果。