抑郁症和焦虑症有遗传倾向，但导致这种病理变化的特定基因尚不清楚。一个候选基因是BDNF，因为它在神经元存活、分化和突触可塑性中的既定作用。最近发现的单核苷酸多态性（SNP）bdnf公司仅在人类中发现的基因（Val66Met），导致前结构域密码子66处的Val被Met取代，为评估BDNF对情感障碍的潜在贡献提供了一个有价值的工具。这种多态性在白种人等位基因频率为20-30%的人群中很常见(1). 神经营养素基因的这种改变与人类携带者的可复制改变相关。Met等位基因杂合的人类海马体积较小(2–4)在海马依赖性记忆任务中表现不佳(5,6). 然而，在抑郁症和焦虑症的遗传关联研究中，对于该等位基因是否具有易感性，还没有达成共识。
导致BDNF改变的机制遇见神经细胞培养系统中的功能已被研究。BDNF的分布遇见神经树突及其活性依赖性分泌减少(6–8). 这些贩运异常可能反映BDNF结合受损遇见一种排序蛋白，sortilin，在包含Met取代的前体区与BDNF相互作用(7). 然而，关于这些体外效应如何与这种SNP在人体内的体内后果相关的基本问题仍然存在。
生成一种转基因小鼠，其中BDNF遇见是内源性表达的，我们设计了一个BDNF遇见BDNF转录的敲入等位基因遇见由内源性BDNF启动子调节(). 杂合BDNF+/已见面将小鼠杂交产生BDNF+/+、BDNF+/已见面和BDNF已见/已见以孟德尔速度繁殖的后代。BDNF脑裂解物+/已见面和BDNF已见/已见小鼠的BDNF水平与野生型（WT）对照组相当().
BDNF的生成和验证遇见转基因小鼠。(一个)用BDNF替换BDNF基因编码区的策略示意图遇见整个编码区在外显子V中。对于变体BDNF，已经进行了点突变（G196A）以将66位的缬氨酸改变为甲硫氨酸。(B类)BDNF典型胚胎干细胞克隆的Southern blot遇见使用Bgl II和Bam HI限制性内切酶消化和（A）中指示的5′外部探针检测BDNF位点的同源替换。显示了5.6 kb WT和7.4 kb重排变异DNA带。(C类)BDNF-ELISA分析出生后第21天（P21）WT（+/+）、杂合（+/Met）和纯合（Met/Met）小鼠以及BDNF杂合KO小鼠脑裂解液中的总BDNF水平(**P（P）<0.01，学生的t吨测试）。(D类)胚胎第18天（E18）BDNF获得的海马皮质神经元+/已见面（+/Met），BDNF已见/已见培养（Met/Met）和WT（+/+）幼崽。72小时后，在去极化（调节）或基础（组成）分泌条件下收集培养基，如前所述(10). 然后浓缩培养基并通过BDNF-ELISA进行分析。(*P（P）< 0.05, **P（P）<0.01，学生的t吨测试）。
评估BDNF是否存在整体或选择性缺陷遇见分泌物，海马皮层神经元来自BDNF已见/已见、BDNF+/已见面和WT胚胎。进行了分泌研究，并通过酶联免疫吸附试验（ELISA）测定了培养基中的BDNF。两种BDNF的组成性分泌没有差异+/已见面或BDNF已见/已见神经元(). 我们观察到两种BDNF的调节分泌显著减少+/已见面（减少18±2%，P（P）<0.01）和BDNF已见/已见（减少29±3%，P（P）<0.01）神经元(). 由于大多数BDNF是从神经元的调节分泌途径中释放出来的(9)，BDNF调节分泌受损（29±3%）已见/已见神经元表示有效BDNF显著减少。
我们首先评估了与人类Met等位基因相关的变化：海马体积减少(三,4,10). BDNF公司遇见从Nissl染色切片中对小鼠进行组织学准备，以进行立体海马体积估算。使用Cavalieri容积估计，我们检测到BDNF海马容积显著减少13.7±0.7%和14.4±0.7%+/已见面或BDNF已见/已见小鼠，与WT小鼠相比(). 这种体积减少也与杂合BDNF敲除（BDNF）中13.8±0.6%的减少相当+/−)老鼠(). 我们还测量了纹状体体积，因为在人类研究中，这种结构没有被BDNF改变遇见多态性(2,三)，我们没有发现不同基因型小鼠纹状体体积的变化(图S1).
转基因BDNF海马结构和行为的改变遇见老鼠。(一个)通过Cavalieri分析，从WT（+/+）、杂合（+/Met）、纯合（Met/Met）和杂合BDNF KO（+/−）小鼠的成年（P60）海马的尼斯染色切片中获得总海马体积估计值。所有结果均以平均值±SEM的形式呈现，由每个基因型六只小鼠的分析确定(***P（P）<0.001，学生t吨测试）。(B类)来自P60 WT（+/+）、杂合（+/Met）、纯合（Met/Met）和杂合BDNF-KO（+/-）小鼠的高尔基染色齿状回神经元示例。(C类)对P60小鼠齿状回神经元进行Sholl分析，每个基因型5只小鼠，每个小鼠10个神经元。所有结果均以平均值±SEM的形式呈现，通过分析每个基因型的五只小鼠，并与WT对照组进行统计比较(*P（P）< 0.001). 成年转基因BDNF的恐惧条件学习遇见老鼠。对WT（+/+）、杂合（+/Met）、纯合（Met/Met）和杂合BDNF（+/−）KO小鼠进行了测试(D类)上下文和(E类)线索依赖性恐惧条件作用。量化了每次治疗中冻结时间所占的百分比。所有结果均以平均值±SEM表示，该平均值是通过对每个基因型八只小鼠的分析确定的(*P（P）< 0.05, **P（P）<0.01，学生的t吨测试）。
由于分泌型BDNF调节神经元分化，因此BDNF体积减少遇见小鼠可能是由神经元形态改变引起的。我们用高尔基染色法观察单个齿状回神经元。8周龄时，BDNF和BDNF的细胞体面积没有差异+/已见面和BDNF已见/已见小鼠及其WT控件(图S2). 接下来，我们分析了这些神经元的树突复杂性(). Sholl分析显示，BDNF中树突乔木复杂度在90μM和距离胞体更远时降低+/已见面和BDNF已见/已见老鼠(). 我们还使用分形维数分析来量化神经元如何完全填充其树突场(11). BDNF中齿状回神经元的树突复杂性显著降低+/已见面和BDNF已见/已见老鼠(图S3).
在人类中，与BDNF相关的其他主要改变遇见等位基因是海马依赖性记忆障碍。我们进行了一项测试，选择性地评估海马和杏仁核依赖性学习：恐惧条件反射。BDNF公司+/已见面和BDNF已见/已见与WT小鼠相比，小鼠表现出明显较少的上下文依赖性记忆(). 相比之下，线索依赖性恐惧条件反射没有差异(). 值得注意的是，BDNF的先前研究+/−小鼠也表现出情境恐惧学习的缺陷，线索依赖性学习没有改变(12). 记忆障碍的程度与BDNF等位基因的数量有关遇见(). BDNF公司已见/已见小鼠表现出其他类似BDNF的行为异常+/−老鼠(15)例如内部攻击性(图S4). BDNF公司已见/已见小鼠也表现出体重增加，这在2个月大时首次明显，类似于BDNF+/−老鼠(15) (图S5). 尽管其他BDNF基因敲除（KO）小鼠BDNF水平下降>50%，但之前表现出运动活性增加(13,14)、BDNF+/−(15)、BDNF+/已见面和BDNF已见/已见老鼠(图S6和S7B)运动活动没有显著改变，这表明BDNF对活动的潜在剂量相关影响。
BDNF也被证明可以调节压力和焦虑相关行为。急性或慢性应激导致海马BDNF表达降低，随后焦虑相关行为增强(16). 此外，条件性BDNF-KO小鼠表现出更强的回避厌恶设置的能力(13). 在此背景下，我们重点关注成人BDNF遇见小鼠，并对将受试者置于冲突情境中的焦虑样行为进行了两项标准测量。与同窝WT对照小鼠相比，BDNF已见/已见小鼠的探索行为减少，表现为在中央隔室的时间百分比减少()以及进入中央隔间的入口数量()在野外测试中。BDNF公司已见/已见在高架加迷宫测试中，小鼠在张开双臂上的时间百分比也显著减少()以及大幅度降低了进入开放式武器的百分比(). 在这两项测试中，各组之间的总行程或进入封闭臂的次数没有显著差异(图S7、A和B). 在这两项测试中，杂合BDNF+/已见面小鼠焦虑相关行为没有增加(图S8). BDNF公司+/−在这两项测试中，小鼠也表现出了增加的焦虑相关行为，与BDNF的作用大小相似已见/已见老鼠().
BDNF中的焦虑相关行为已见/已见开阔地里的老鼠(一个和B类)和高架加迷宫(C类和D类). 显示了在开阔地中花费在中心（A）和进入中心（B）的时间百分比，以及在正迷宫中花费在张开臂（C）和张开臂进入（D）的时间百分比。所有结果均以平均值±SEM表示，该平均值是通过对每个基因型八只小鼠的分析确定的(**P（P）< 0.01).
治疗人类焦虑症的常用药物是血清素再摄取抑制剂（SSRIs），其作用机制之一是增加BDNF水平(17). 在啮齿类动物中，这类药物在与SSRI作用开始相对应的时间范围内增加海马BDNF水平(18)在情绪障碍的啮齿动物模型中有效减少焦虑相关行为(19). BDNF公司已见/已见小鼠口服氟西汀（18mg/kg体重/天）或溶媒21天，然后进行两项试验：旷野试验和novelty诱导的吞咽功能减退。该给药方案基于先前的研究，研究表明该剂量可导致治疗性血清水平(19). 在野外试验中，氟西汀显著增加了WT小鼠在中心的停留时间()以及中心入口的增加(图S9)表明其在减少焦虑相关行为方面的有效性。然而，BDNF对氟西汀的反应迟钝已见/已见老鼠在中心的时间()以及进入中心的入口(图S9). 此外，探索活动的减少不能用运动活动的变化来解释(图S7A).
BDNF对长期氟西汀的反应减少已见/已见老鼠在(一个)露天和(B类)新奇诱导的吞咽功能减退试验。在野外测试中，缺席时在中心的时间百分比（H2O） 或是否接受氟西汀（药物）治疗。在新奇诱导的吞咽功能减退测试中，在不存在的情况下在新奇笼子中开始饮酒的潜伏期（H2O） 或氟西汀（药物）治疗的出现以秒为单位。所有结果均以平均值±SEM表示，该平均值是通过对每个基因型八只小鼠的分析确定的(*P（P）< 0.05, **P（P）< 0.01).
我们对焦虑相关行为使用了一种特定的行为范式，即新生代诱导的吞咽障碍，这被认为是SSRI反应的一种更敏感的测试(20,21). 在这个冲突测试中，老鼠被训练在家里的笼子里接近奖励（加糖牛奶），然后被放在一个新的明亮的笼子里。接近和喝加糖牛奶的延迟是与此任务相关的焦虑相关行为的测量(20). BDNF公司已见/已见与WT对照组相比，使用载体治疗的小鼠在新型笼子中饮水的潜伏期明显更长(). 长期服用氟西汀并没有显著降低BDNF的饮酒潜伏期已见/已见小鼠，如与长期氟西汀平行治疗的WT同窝小鼠(). 在这两种测定中，BDNF+/−与WT对照组相比，小鼠对氟西汀的反应减弱().
这些结果提供了一个人类SNP的例子，该SNP已在转基因小鼠中建模，这些转基因小鼠再现了在高加索人群中观察到的相同表型特征。我们随后对这些小鼠的分析阐明了一种在人类携带者中尚未建立的表型：焦虑增加。当置于冲突设置中时，BDNF已见/已见在三个单独的测试中，小鼠表现出焦虑相关行为增加，从而在BDNF和焦虑之间提供了遗传联系。遗传关联研究发现，Met等位基因与特质焦虑增加有关(22)，但其他研究没有重复这些发现(23–25). 我们研究设计中的两个主要差异导致了对焦虑相关表型的识别。首先，对老鼠进行冲突测试，以引起焦虑相关行为的增加，而对人类的研究则依赖于问卷调查。其次，焦虑相关表型仅存在于Met等位基因纯合的小鼠中，这表明主要关注人类Met等位点杂合的关联研究可能无法检测到关联。在这种情况下，血清素转运体（5HTLPR）的另一个人类基因多态性仅与过去有创伤史的纯合子受试者的抑郁症相关(26)这表明环境影响以及基因剂量是该SNP影响精神病理学所必需的。
这些BDNF引发的焦虑形式已见/已见小鼠对常见的SSRI没有反应。以前在条件BDNF-KO小鼠中已经显示，血清素受体的表达或功能发生了改变(27–29). 这些结果表明，具有这种等位基因的人类可能对这类抗抑郁药没有最佳反应。目前，还没有可靠的遗传或非遗传生物标记物来预测谁会对SSRI作出反应已见/已见小鼠可能是一种有价值的模型，用于确定治疗焦虑症的新药理方法。
最后，BDNF已见/已见小鼠代表了一种独特的模型，它将BDNF的活性依赖性释放与一组确定的体内结果直接联系起来。在这些小鼠中，BDNF遇见该表达等同于WT控件中BDNF的表达()，但BDNF的活性依赖性释放存在约30%的缺陷遇见来自神经元()这导致了一系列特定的解剖和行为缺陷。因为BDNF已见/已见小鼠与BDNF相似+/−由于小鼠的BDNF水平降低了50%，因此可能存在一个阈值水平降低的BDNF-，而这两个突变小鼠都跨越了该阈值水平。BDNF中仍有可能存在其他缺陷遇见尽管对神经元的体外研究表明BDNF没有缺陷，但可能导致观察到的缺陷遇见处理(6,8). 总之，这些发现为使用这种多态性等位基因拯救人类焦虑症状的治疗策略指明了新的方向。增加突触释放BDNF或延长分泌BDNF半衰期的药物发现策略可能会改善具有这种常见BDNF多态性的人类的治疗反应。
