Neuron封面文章|基础医学院黄菊团队揭示刻板重复行为调控情绪的神经环路机制
2022-10-28 浏览( 来源:基础医学院 
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10月19日,基础医学院、国家医学儿童中心(上海)儿童脑科学中心黄菊团队在神经科学领域顶级期刊Neuron《神经元》发表封面文章“Excitatory SST neurons in the medial paralemniscal nucleus control repetitive self-grooming and encode reward”。该工作发现内侧脑桥旁核(medial paralemniscal nucleus, MPL)中的兴奋性生长抑素神经元(somatostatin-positive neurons, SST)能够控制小鼠的刻板重复行为并编码奖赏,抑制这群神经元会削弱小鼠应对压力刺激之后缓解焦虑的能力。

如封面所示,执行理毛刻板行为能够为小鼠带来舒缓愉悦的情绪体验,而位于中脑的花蕾正是控制这种行为的内侧脑桥旁核,该核团通过神经环路连接对压力与奖赏相关行为的调控起到了重要作用。黄菊团队文章荣幸被选为当期封面刊登,充分体现了该论文的重要发现和潜在引领作用。

Neuron当期封面文章(2022 Oct 19;110(20):3356-73)

MPLSST神经元控制小鼠的刻板重复行为并编码奖赏

焦虑是常见的一种情绪状态,但是严重的焦虑会让一些病人产生以身体为导向的刻板重复行为(Body-focused repetitive behaviors,BFRBs),这是一种常见的神经精神类疾病。患者会反复出现针对自身某个部位的非功能性行为,例如反复拔毛、扒皮和咬手指等行为。BFRBs受到焦虑情绪诱导并具有反作用于情绪的作用。这种行为可能是人类和动物共有的一种受压力诱发的情绪调控表现,旨在通过减少警觉或者调动脑内奖赏系统来抵抗压力引起的焦虑情绪。BFRBs患者表现出在执行刻板重复行为之后感受到焦虑缓解或者产生愉悦情绪,类似一种如释重负的满足感。尽管心理学认为BFRBs行为有助于控制负面情绪,但目前尚不清楚这种刻板重复行为与情绪调控之间相互作用的神经环路机制。与人类BFRBs类似,动物在面对压力时会显著增加自我理毛行为。目前尚不清楚控制这种刻板重复行为的神经元集群是如何连接并影响与情绪调控相关的神经元集群,以及这种刻板重复行为是否会产生奖励效应。

黄菊团队在Neuron《神经元》发表的这篇研究论文利用啮齿动物重复自我理毛行为(self-grooming)作为研究模型来探索刻板重复行为调控情绪的神经环路机制。研究发现位于中脑内侧脑桥旁核MPL中的兴奋性SST神经元介导小鼠的自我理毛行为并编码奖赏。光纤钙信号记录显示MPLSST神经元具有与理毛行为强相关的神经元活动,参与理毛行为的启动和维持(图1)。研究人员发现,抑制MPLSST神经元不仅显著减少小鼠压力诱导的重复自我理毛行为,还损害应对压力刺激的焦虑缓解能力。激活MPLSST神经元则显著关联正性情绪效价,产生奖励效应,并且驱动强化。

图1:激活MPLSST神经元诱发小鼠的自我理毛行为,钙信号记录显示MPLSST神经元的活动与小鼠理毛行为的启动和维持密切相关。

研究人员通过对成年小鼠包含MPL脑区的脑片进行空间转录组测序分析,发现MPL富集表达编码神经肽的SSTPTH2基因。空间转录、荧光原位杂交和电生理记录确定了MPL的SST神经元是以谷氨酸为递质的兴奋性神经元,且其中约一半的神经元共释放神经肽PTH2(图2)。

图2:空间转录组分析显示MPL富集表达神经肽SST和PTH2。

负性情绪相关脑区中央杏仁核CeA向MPLSST神经元的输入直接参与压力刺激诱导的自我理毛行为。同时,中脑腹侧被盖区VTA,一个重要的编码奖赏的脑区,直接接受来自MPLSST神经元的支配。MPLSST神经元与VTADA神经元(dopamine neurons, DA)形成兴奋性单突触连接。激活MPLSST神经元能够在VTADA神经元的下游投射位点伏隔核中记录到多巴胺的大量释放(图3)。通过表征相关的上游和下游连接,研究人员在功能上验证了CeA-MPLSST-VTADA这一神经环路在调控小鼠自我理毛行为和缓解压力后焦虑情绪中的重要作用,揭示了刻板重复行为与情绪调控的神经环路机制。

图3:激活MPLSST神经元能够引起NAc脑区多巴胺的大量释放。

综上所述,这项研究揭示了刻板重复行为与情绪调控之间相互作用的神经环路机制,为理解人类BFRBs相关精神疾病的神经环路机制提供了重要的理论依据。

孙静静博士、袁媛博士研究生和吴小华博士为该论文的共同第一作者,黄菊研究员为通讯作者。该成果得到了科技部“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金面上项目、上海市高水平大学创新团队项目的资助。

 

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