脑科学研究 | 张云峰研究团队等合作揭示腹侧纹状体Calleja岛双向调控小鼠抑郁样行为

腹侧纹状体是一个与抑郁症病理生理相关的奖赏中心，包含两个主要部分，伏隔核（NAc）和嗅结节（OT）。与纹状体的其他部分一样，OT也含有表达多巴胺D1或D2受体的GABA能神经元，以及少量表达多巴胺D3受体的神经元。D3神经元主要集中在OT的Calleja岛，属于颗粒细胞。作者前期研究发现，小鼠OT中D3神经元双向调节理毛（grooming）行为，光遗传激活D3神经元诱发小鼠强烈的口面部理毛行为，而光遗传抑制则促使小鼠停止正在进行的理毛行为。自我理毛是一种进化上保守的刻板行为，具有重要的生理功能，包括去唤醒和减轻压力等。

值得注意的是，自我理毛的改变被认为是许多神经精神疾病（包括抑郁症）的行为生物标志物。由于自我理毛行为增加了NAc中多巴胺的释放，因此作者推测：OT中D3神经元活动和诱发的自我理毛很可能与奖赏系统以及情绪相关行为密切相关，这些神经元可能参与调节抑郁状态。

基于此，张云峰团队和Minghong Ma团队合作，探究OT中D3神经元是否调控情绪相关行为。

首先，为了确定慢性束缚应激（CRS）对OT功能上的影响，研究团队对小鼠进行为期14天，每天2小时的慢性束缚应激。发现小鼠在强迫游泳（FST）和悬尾实验（TST）中不动时间（immobility time）显著增加，糖水偏好实验中偏好指数显著降低，表明小鼠表现出抑郁样行为。其次，为了探究CRS对OT神经元电生理特性的潜在影响，研究团队使用全细胞膜片钳技术进行记录，发现CRS处理显著降低OT中D3神经元的兴奋性，但并不影响D1和D2神经元的兴奋性。同时，为了进一步研究OT中D3神经元在情绪相关行为中的作用，研究团队首先在D3-Cre/ChR2小鼠OT部位进行病毒注射，发现损毁D3神经元后小鼠在FST和TST中immobility time显著增加，表现出抑郁样行为。此外，为了验证OT中D3神经元在调控抑郁样行为中的必要性，研究团队借助化学遗传学技术对OT中D3神经元进行抑制，发现小鼠在FST和TST中immobility time显著增加，糖水偏好实验中偏好指数显著降低，表明小鼠同样表现出抑郁样行为。为了评估OT中D3神经元的激活是否可以减轻由CRS引起的情绪相关行为，研究团队使用光遗传学技术对OT中D3神经元进行激活，发现可显著改善小鼠由CRS引起的抑郁样行为（图1）。

图1. 光遗传激活OT中D3神经元显著改善小鼠由CRS引起的抑郁样行为

图2. 化学遗传激活OT中D3神经元显著改善小鼠由CRS引起的抑郁样行为

图3. OT中SPNs与VTA投射到NAc的多巴胺神经元存在抑制性单突触联系

此外，为了进一步验证上述光遗传学的实验结果，研究团队使用化学遗传学技术对OT中D3神经元进行激活，同样发现可显著改善小鼠由CRS引起的抑郁样行为（图2）。鉴于光遗传学或化学遗传学激活OT中D3神经元具有抗抑郁作用，为了明确OT中D3神经元的激活是否具有奖赏效应。研究团队使用条件位置偏好（CPP）行为范式进行检测，发现光遗传激活D3神经元诱发小鼠产生显著的条件位置偏好，但是人为阻止小鼠理毛（小鼠带上颈圈致使其前爪无法接触到口面部）后，小鼠不再表现出条件位置偏好。这表明激活D3神经元诱发的奖赏效应（位置偏好）依赖于小鼠理毛行为。

研究团队推测OT-VTA-NAc神经环路在调控小鼠情绪相关行为过程中发挥了重要作用。首先，为了验证OT SPNs-VTA-NAc之间的投射关系，研究团队通过在OT中注射顺行示踪的腺相关病毒（AAV），在NAc中注射逆行示踪的霍乱毒素B亚基（CTB），通过免疫组化实验证实OT -VTA-NAc环路在解剖结构上存在连接。其次，为了进一步探讨此神经环路的功能，研究团队借助电生理记录并结合光遗传技术，发现OT中多棘投射神经元（SPNs）与VTA投射到NAc的多巴胺神经元存在抑制性单突触联系（图3）。

综上，该研究表明，CRS可诱导小鼠产生强烈的抑郁样行为，并降低OT中D3神经元的兴奋性。损毁或抑制D3神经元会导致抑郁样行为，而激活D3神经元会显著改善CRS诱导产生的抑郁样行为。此外，激活OT中D3神经元具有奖赏效应，当理毛行为被阻断时，这种效应会减弱甚至消失。研究团队揭示了OT中D3神经元与周边SPNs形成突触联系并调控后者电生理活动，OT中SPNs投射到VTA多巴胺神经元进行调控并进一步影响NAc中多巴胺的释放。本研究发现了OT中D3神经元在双向介导抑郁样行为中的关键作用，为抑郁症的临床治疗提供了潜在的新靶点。

来源：中国科学院动物研究所

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-42662-z

转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号

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