Trends Neurosci：快速发展的应激神经生物学研究中的“隐性变量”
压力（应激）神经生物学研究的中心目标之一是了解压力源改变神经回路功能以引发或加剧精神症状的机制。然而，尽管经过几十年的努力，针对压力反应的精神病药物在很大程度上还是缺乏的。
近日，美国西北大学范伯格医学院神经科学系Ashley L.Holloway和Talia N.Lerner在Trends in Neurosciences上发表文章，作者认为，基于应激反应的精神疾病治疗方法的临床进展可能会受到应激研究中“隐藏变量”的阻碍，包括行为研究设计（应激源和结果测量）、个体变异性、性别差异以及身体应激激素系统与内源性昼夜节律和超昼夜节律的相互作用。
1. 隐藏的变量会影响与压力相关的行为和生理结果
许多精神障碍会因压力而加剧，包括重度抑郁障碍（MDD）、物质使用障碍（SUD）和创伤后应激障碍（PTSD）。因此，了解压力反应如何变得失调或适应不良是推进精神病学的核心。参与应对压力的激素是大脑正常功能的基础。皮质醇——啮齿类动物的皮质酮——（CORT）是身体的主要“应激”激素；即使在无压力的条件下，它也会在全身循环，遵循有规律的昼夜节律和超昼夜节律，这有助于调节基因转录和适应性行为。通过下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的反馈可以控制应激激素，使其在一天中起伏不定，并符合机体的需求[Fig.1]。
然而，研究设计中的“隐藏变量”会影响压力反应的测量，从而影响我们对压力诱导的行为缺陷的神经生物学机制的理解。
Figure 1 下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴功能
2. 跨认知领域剖析压力引发的行为变化
在特定的行为测定中，将压力诱导的变化定性为“类似疾病”（例如，“类似抑郁”或“类似焦虑”的行为）可能是有问题的。事实上，许多人类精神疾病是高度共病的，部分原因可能是压力会导致各种认知领域和相关神经回路的变化。
关于压力模型，所使用的压力源类型、压力暴露的持续时间和应激结束点存在很大差异。许多行为测试结果并不能相互交叉预测。例如，在雄性C57BL/6J小鼠中，慢性社交挫败应激（CSDS）诱导的社交回避行为不能预测高架十字迷宫和旷场检测中焦虑相关行为的增加。另一个例子是，在雌性C57BL/6J小鼠中，慢性CORT处理在明暗箱实验、高架十字迷宫或新奇摄食抑制中没有效果，但它会损害蔗糖颗粒的寻求。
当观察到压力对特定行为测试的影响时，仔细解释表现变化的含义也很重要。作为标准接受的解释可能并不总是正确的。例如，研究人员通常报告说，在蔗糖偏好测试中得分很低的啮齿动物正在经历快感丧失（快感缺乏）。然而，这些啮齿类动物也可能表现出新奇摄食抑制（hypoenophagia），或者可能无法学习和记忆甜味溶液的价值和位置，或者可能缺乏追求蔗糖的动机。在许多情况下，行为跟踪的进步（例如，DeepLabCut）可以帮助仔细解剖行为，从而可以解剖行为微观结构。
在解释操作行为时也会出现类似的问题，其中缺陷的产生可能有多种原因。例如，一种常见的动机操作性测试，即渐进比率任务，要求小鼠逐渐增加执行某个动作以获得奖励的次数，直到它们达到一个“断点”，在那里它们不愿意再努力工作。然而，累进比率任务将工作和时间混为一谈：重复一个动作多次，除了涉及更多的工作外，还需要比单个动作更多的时间。因此，奖赏的时间差异可以解释各组在累进比率任务上的差异。为了消除这种时间上的差异混淆，可以使用一项任务，其中单杆按压会导致食物奖励，但按压杆所需的力会逐渐增加。
3. 处理个体行为的可变性
人类被诊断为精神障碍并不是基于他们所承受的压力，而是基于他们出现的症状。不同的压力源可以导致相同的诊断，而相同的压力源会在不同的人身上引起不同的症状。压力源可能会导致不同的结果，这取决于受试者之间的个体差异和对结果测量的实验选择。如图所示[Fig.2]，由紫色象征的假定压力源通常会导致快感缺乏（紫色轮廓），但一些人不受这种压力源的影响（灰色轮廓），而另一些人则受到影响，但表现出不同的症状（黄色轮廓，焦虑）。图中列出了关于压力源、受试者和结果测量的“隐藏变量”，这些变量可能会影响压力源与行为和神经功能变化之间的明显映射。
Figure 2 实验设计的三个层面上的隐藏变量会影响压力神经生物学研究的明显结果
4. 性别作为一个生物学变量
在临床和临床前研究中，人们越来越认识到性别作为一个生物学变量的重要性。将性别纳入压力研究的论点尤其有力，因为压力是一种众所周知的神经精神疾病的风险因素，诊断中存在性别差异。例如，女性比男性更有可能被诊断为MDD，而男性的精神分裂症发病年龄比女性更早，阴性症状也比女性更突出。
在设计压力研究的研究以将性别作为一个生物变量时，必须考虑所使用的行为范式是否可以应用于所有性别。例如，CSDS是一种流行的成年应激模式，用于雄性小鼠，但将这种应激模式适应于雌性小鼠是很困难的，因为雌性小鼠不会自然表现出相同类型的领土侵略。一些压力模式，如慢性可变压力，可以在两性中使用，但需要不同的持续时间才能在男性和女性中得出相似的行为结果。
在动物研究中，虽然在每项研究中检查性别对受试者的影响可能不是必要的或可行的，但研究人员在解释近交系的性别差异是否适用于更具遗传多样性的人群时则应该更加谨慎。
5. 昼夜节律和超昼夜节律紊乱是关键的隐藏变量
昼夜节律紊乱，包括饮食和睡眠模式的变化，是许多与压力相关的精神疾病的关键症状，包括MDD和SUDs。此外，应激激素受昼夜节律的调节。CORT在清醒时达到峰值（人类的光周期开始，啮齿动物的暗周期开始），并在整个清醒期内下降。
除了昼夜节律之外，超昼夜节律会导致全天CORT的规则脉冲，并且可能是调节压力持久影响的关键隐藏变量。遗传变异可能导致不同啮齿动物品系之间CORT释放的昼夜节律和超昼夜节律不同，这可能与应激易感性有关。
总结
应激神经生物学研究对精神医学的发展至关重要。为了最好地确保基础应激研究的可重复性，有必要设计实验来阐明受特定压力源影响的特定认知领域。严格的实验设计和对行为结果的仔细分析将有助于理解压力如何影响特定的认知过程，从而促进特定压力诱导的行为障碍的治疗方法的开发。行为跟踪和机器学习领域令人兴奋的技术发展将有助于这些努力，因为它允许研究人员访问行为微观结构的数据，并允许分析大型数据集，这些数据集可以适当地解释基于个人和性别的表现差异。
在考虑实验设计时，从行为实验到机制实验，在应激神经生物学研究的各个方面，将性别作为一个生物学变量是至关重要的。未来的研究还需要考虑压力如何与内源性昼夜节律和超昼夜节律相互作用。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tins.2023.10.006
参考文献
Holloway, Ashley L, and Talia N Lerner. “Hidden variables in stress neurobiology research.” Trends in neurosciences, S0166-2236(23)00247-3. 18 Nov. 2023, doi:10.1016/j.tins.2023.10.006
编译作者：Young（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
