以身體為導(dǎo)向的刻板重復(fù)行為（BFRBs）是一種常見的以反復(fù)出現(xiàn)針對自身某部位的非功能性行為為主的神經(jīng)精神疾病，BFRBs帶來的愉悅感使得患者產(chǎn)生類似成癮樣的強(qiáng)迫行為。與人類相似，許多動物在面對壓力時也會表現(xiàn)出異常增強(qiáng)的刻板重復(fù)行為——自我梳理。然而，重復(fù)樣板行為影響焦慮調(diào)節(jié)的神經(jīng)機(jī)制目前仍不清楚。
2022年9月6日上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院黃菊課題組在Neuron雜志上發(fā)表文章揭示了CeA-MPL-VTA環(huán)路在自我梳理和應(yīng)激后焦慮調(diào)節(jié)中的雙重作用。
首先，課題組通過逆行示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)VTA和LHA這兩個獎賞信號相關(guān)的腦區(qū)接收中腦內(nèi)側(cè)腦橋旁核（MPL）的神經(jīng)投射，而光激活MPL生長抑素（SST）能神經(jīng)元（MPL-SST）顯著增加了小鼠的自我梳理時間，且隨著刺激頻率的增加，小鼠自我梳理的時間增加而延遲減少。對成年小鼠MPL腦區(qū)進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組測序分析結(jié)果顯示MPL富集表達(dá)編碼神經(jīng)肽的SST 和PTH2基因。
圖1|光激活 MPL-SST神經(jīng)元增加了小鼠的自我梳理行為
為了研究MPL-SST如何導(dǎo)致自我梳理，課題組采用鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)小鼠自我梳理時伴隨著MPL-SST神經(jīng)元鈣信號的增強(qiáng)，且鈣離子增加的幅度與自我梳理的持續(xù)時間呈正相關(guān)，即MPL-SST神經(jīng)元在功能上參與了自我梳理的啟動和維持。
考慮到MPL-SST神經(jīng)元對應(yīng)激的反應(yīng)，課題組以化學(xué)遺傳抑制MPL-SST后發(fā)現(xiàn)小鼠自我梳理行為、在隨后的曠場中央和高架十字迷宮開放臂中停留時間顯著減少，而其在隨后的新奇抑制試驗（NSF）中的進(jìn)食延遲增加。這些結(jié)果表明，MPL-SST神經(jīng)元功能缺陷損害了應(yīng)激誘導(dǎo)的自我梳理和應(yīng)激后焦慮的減輕。
圖2|抑制MPL-SST神經(jīng)元活動導(dǎo)致小鼠行為學(xué)異常
為了研究MPL-SST神經(jīng)元的輸入環(huán)路，課題組再次以逆行示蹤發(fā)現(xiàn)MPL主要接受來自中央杏仁核（CeA）、終紋床核（BNST）、腹外側(cè)中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)（vlPAG）等腦區(qū)的投射。且在激活CeA-MPL環(huán)路后可促進(jìn)自我理毛行為，而化學(xué)抑制MPL-SST神經(jīng)元則抑制了上述光激活誘導(dǎo)的自我梳理。這些結(jié)果表明，MPL-SST神經(jīng)元介導(dǎo)的自我梳理由CeA的特異性輸入觸發(fā)。
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隨后，課題組以順行病毒示蹤實(shí)驗發(fā)現(xiàn)除了VTA 和 LHA外，MPL還投射到下丘腦背內(nèi)側(cè)（DMH）、vlPAG、腦室周圍區(qū)（PVA）和內(nèi)側(cè)視前區(qū)（MPO）。光遺傳激活MPL到VTA、LHA/DMH和vlPAG的投射可誘發(fā)小鼠自我梳理，而抑制MPL投射到VTA、LHA/DMH、vlPAG環(huán)路后可減弱應(yīng)激引起的自我理毛行為。這些結(jié)果表明MPL-SST神經(jīng)元以“一對多”的神經(jīng)投射發(fā)送側(cè)支軸突投射來協(xié)調(diào)自我梳理。
圖3|激活MPL的上游投射誘發(fā)小鼠自我梳理行為
考慮到VTA和LHA對獎賞信號的編碼作用，課題組繼續(xù)研究MPL-SST神經(jīng)元與獎賞的關(guān)系。條件位置偏好實(shí)驗顯示小鼠在能夠激活MPL-SST神經(jīng)元的光刺激室停留時間更久，即激活MPL-SST神經(jīng)元具有獎賞性。隨后的免疫熒光實(shí)驗發(fā)現(xiàn)MPL-SST神經(jīng)元是興奮性神經(jīng)元，分泌STT和PTH2。通過sgRNAs特異性敲低STT后，可明顯減弱光激活MPL-SST神經(jīng)元引起的獎賞行為，但敲低PTH2不會影響?yīng)勝p行為，即神經(jīng)肽SST足以促進(jìn)MPL-SST神經(jīng)元的獎賞影響。
圖4|條件位置偏好實(shí)驗結(jié)果
最后，課題組以免疫染色和電生理實(shí)驗發(fā)現(xiàn)MPL-SST神經(jīng)元與VTA-DA神經(jīng)元形成單突觸連接——鈉通道阻滯劑河豚毒素抑制了誘發(fā)的EPSCs，而鉀通道阻滯劑4-氨基吡啶則逆轉(zhuǎn)了TTX抑制的EPSCs。進(jìn)一步的鈣成像結(jié)果顯示MPL-SST神經(jīng)元的激活和自我梳理行為都會觸發(fā)伏隔核多巴胺的釋放，而阻斷多巴胺信號則減弱了小鼠自我梳理行為，這些結(jié)果表明MPL-SST神經(jīng)元通過影響VTA-DA信號介導(dǎo)個體自我梳理和焦慮調(diào)節(jié)。
圖5|MPL-SST神經(jīng)元與VTA-DA神經(jīng)元形成單突觸連接
總的來說，本文主要通過病毒示蹤結(jié)合光遺傳學(xué)技術(shù)揭示了MPL-STT 神經(jīng)元通過CeA?MPL-STT?VTA多巴胺神經(jīng)環(huán)路調(diào)控重復(fù)樣板行為和焦慮樣表型并介導(dǎo)獎賞信號。該研究通過對刻板重復(fù)行為與情緒調(diào)控之間相互作用的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制做出分析，為人類BFRBs相關(guān)精神疾病的治療提供了靶點(diǎn)。
圖6|CeA?MPL-STT?VTA環(huán)路工作機(jī)制
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.08.010
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