近日，成都中医药大学针灸推拿学院王军蒙助理研究员（第一作者），吴巧凤研究员（通讯作者）团队在CNS Neuroscience & Therapeutics杂志在线发表了题为“Peripheral inflammation triggering central anxiety through the hippocampal glutamate metabolized receptor 1 ”的研究论文，作者通过建立DSS诱导的小鼠结肠炎模型，发现肠道炎症与焦虑行为密切相关，并通过行为学测试证实了DSS处理显著提高小鼠焦虑水平。作者还使用TLR4抑制剂TAK-242减轻炎症，发现小鼠的焦虑行为得到改善。接着，研究团队利用空间转录组学（ST）分析揭示结肠炎模型小鼠海马体中谷氨酸突触过度活跃导致兴奋/抑制失衡，下调海马体GRM1表达可恢复海马谷氨酸突触兴奋/抑制平衡，从而减轻小鼠的焦虑样行为。研究成果揭示了外周炎症通过海马体谷氨酸突触和GRM1的过度激活诱发焦虑，为溃疡性结肠炎伴发焦虑的中枢机制提供了新见解。

为探讨溃疡性结肠炎（UC）与焦虑之间的关系，作者构建了结肠炎小鼠模型，并通过旷场测试（OFT ）和高架十字迷宫（EPM）检测了外周炎症致焦虑作用（图 1A）。结果表明，在旷场实验中，与对照组小鼠相比，DSS诱导的结肠炎小鼠在中心区域花费的时间（图 1B、C），进入中心区域的频率（图 1D）、直立时间（图 1E）和次数（图 1F）有所减少。EPM 结果显示，DSS 诱导结肠炎小鼠在开臂的停留时间（图 1G、H）、进入开臂的次数显著降低（图 1I）。这些结果表明给与DSS显著增加了小鼠的焦虑样行为。

图1：DSS 诱导小鼠焦虑样行为的产生

进一步通过腹腔注射TAK-242（一种TLR-4的选择性抑制剂），观察抑制炎症是否可以改善结肠炎小鼠的焦虑样行为。发现与DSS+Vehicle组相比，不同剂量的TAK-242（5mg/kg和10mg/kg）显著抑制结肠炎小鼠结肠长度的缩短和体重的减轻，并改善了DAI评分。并且，与5mg/kg组相比，10mg/kg组对结肠炎有更明显的改善作用。更重要的是，与 DSS + Vehicle小鼠相比，TAK-242 显著减轻了结肠炎小鼠的焦虑样行为，正如行为学结果反映，小鼠在旷场中心区域的停留时间（图2A-D）、直立时间（图2E）、直立次数（图2F）以及在EPM 中开臂的时间增加（图2H-J）。

图2：TAK-242改善小鼠的焦虑样行为

海马与中枢炎症调控及情绪调节密切相关，为进一步研究结肠炎小鼠海马体的变化，作者对UC小鼠脑空间转录表达谱进行了研究。从对照组和DSS组脑组织的两个ST数据集中，总共获得了覆盖组织样本的5731个捕获位点（对照，2994 spots；DSS，2737 spots），对应于总共18个簇（Cluster）。

图S3：海马空间转录组

作者根据簇与大脑解剖结构之间的对应关系获得了每个样本的海马体spots，并将Cluster 6、11和13共同定义为海马体(图3A-B)，随后通过与已发表的成年小鼠大脑分子图谱（MAMB ）对齐验证了大脑区域划分的准确性（图 3C、图 S5）。与作者的研究结果一致，MAMB（图S6）显示Wipf3、Hpca和Ddn在整个海马中高表达，而cluster 6（Itpka、Fibcd1、Spink8）、11（Cabp7、Homer3、Hs3st4）和13（C1ql2、Fam163b、Dsp）的标记基因分别在 CA1、CA3 和 DG 区域具有特异性。这些结果表明作者团队建立了可靠的海马空间基因表达谱，可用于后续的差异分析。

图3：空间转录组分析揭示结肠炎小鼠海马谷氨酸突触信号传导的异常激活。

图S5：海马的聚类分析

作者使用edgeR软件在海马区域鉴定了235个差异表达基因，其中212个基因在DSS组上调。功能分析表明这些上调基因主要富集在膜去极化、突触传递和谷氨酸能等生物学进程。考虑到中枢神经系统突触平衡与行为的关系，作者进一步分析了海马组织中谷氨酸和GABA能突触的评分。结果显示，DSS 组的海马谷氨酸能突触信号显著激活（图 4A-B，E），而 GABA 能突触信号在两组之间没有差异（图 4C-D，F）。根据 GSVA 得分中位数，将每个点分为高谷氨酸能/ GABA能和低谷氨酸能/ GABA 能四类，并计算它们在两组中的比例。DSS组中高谷氨酸能点的比例（68.3%）是CON组（32.3%）的两倍多，而DSS组中高GABA能点的比例（56.6%）仅比CON (43.6%) (图 4G, H)组高13%。然后作者将高谷氨酸能点和低GABA能点定义为兴奋性spot；反之亦然作为抑制性spot。结果显示，DSS组兴奋性spot比例几乎是CON组的两倍，且增加的兴奋性spot广泛分布在整个海马区，包括CA1、CA3和DG（图4I）。这些结果表明海马兴奋/抑制失衡是外周炎症诱发焦虑的潜在重要机制，谷氨酸突触信号过度激活主要介导该过程。

图4：海马体的兴奋/抑制失衡是由谷氨酸突触信号传导异常激活介导的

接着，作者检查了两组之间谷氨酸突触信号传导中核心差异基因的表达特征。在top差异基因中（倍数变化≥1.5）（图5A），Grm1和Shank3（Src同源性3和多个锚蛋白重复结构域3）具有与谷氨酸突触信号传导相似的空间差异表达模式（图5B）。由于大量研究报告GRM1在各种动物模型中诱发焦虑样行为，研究团队检测了海马体中Grm1的表达。RT-qPCR（图5C）和IF（图5D）结果显示Grm1在结肠炎小鼠的海马中显著上调，表明它可能是外周炎症诱导的焦虑样行为的关键靶点。

图5 ：GRM1 是增强结肠炎小鼠谷氨酸突触信号传导的关键分子

为验证此假说，研究团队设计了三种 shRNA并将它们克隆到腺相关病毒载体中以干扰模型小鼠海马Grm1表达，以及对焦虑样行为的影响。在HEK 293细胞中确定干扰效率更高的候选shRNA2后，在 DSS诱导结肠炎模型前3周将 AAV-Grm1-shRNA注射到海马中（图 6A）。待确定了病毒对海马GRM1的抑制作用后（图6B-C），检测了AAV-Grm1-shRNA对焦虑样行为的影响。结果表明，与结肠炎小鼠相比，AAV-Grm1-shRNA组在旷场实验中显著增加了小鼠中心区域的停留时间、进入中心区域的频率、直立时间和直立次数（图 6D-G）。高架十字迷宫实验中，AAV-Grm1-shRNA组进入开臂的时间和进入频率（图6H-I）也明显增加。更重要的是，TAK-242显著逆转了DSS诱导小鼠海马GRM1的上升趋势（图6J，K）。

图6：海马AAV-Grm1-shRNA注射改善DSS诱导的结肠炎小鼠的焦虑样行为 

图7：海马GRM1介导DSS结肠炎小鼠焦虑样行为

该研究通过建立DSS诱导的结肠炎小鼠模型，并采用空间转录组学和病毒干扰技术，发现结肠炎小鼠的海马区存在谷氨酸突触的过度激活诱发的兴奋性/抑制性失衡。此外，研究还发现海马区的谷氨酸代谢受体GRM1是炎症诱导焦虑样行为的关键分子。该研究不仅揭示了肠道炎症与焦虑之间的双向脑肠联系，还为治疗结肠炎相关的精神或情绪异常提供了新的见解和策略。