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笑气留下的环境偏好,牵动两种神经信号

Translational psychiatry · 2025-01-29

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Translational psychiatry · 研究前沿

笑气留下的环境偏好,牵动两种神经信号

雄鼠反复接触笑气后,偏向与之配对的环境。研究追踪多巴胺、D1受体与BDNF,发现快速信号和分子变化共同参与这项行为。

AI概念插图:神经细胞之间的多巴胺与生长因子相关信号,不是实验图像或精确分子结构。

一次经历结束后,它发生过的地方仍可能吸引动物再次接近。对药物奖赏的研究,常从这种环境偏好入手:动物是否愿意在与药物配对的空间里停留更久?2025年发表于 Translational Psychiatry 的一项研究,把这个问题放到俗称笑气的一氧化二氮上。研究团队在雄性小鼠中观察到环境偏好,随后沿着腹侧被盖区(VTA)与伏隔核(NAc)的多巴胺网络,追踪快速的神经响应及脑源性神经营养因子(BDNF)相关变化。

关键发现

笑气相关环境偏好伴随VTA多巴胺细胞钙信号及NAc多巴胺传感信号增强;NAc内D1阻断、BDNF下游抑制或VTA内BDNF降低均削弱偏好,D2阻断未见显著效果。

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气体离开后,环境仍有吸引力

实验让两种环境分别与笑气和空气配对。反复配对后,在不再给予气体的测试中,小鼠更偏向笑气对应的一侧。这项条件性位置偏好,将一次接触与后来对环境的选择连接起来。测试读出的是空间偏好,而不是直接记录动物的主观愉悦。

接下来,团队在配对阶段分别阻断伏隔核中的两类多巴胺受体。D1受体阻断使偏好减弱,D2受体阻断却未产生显著改变;反复笑气接触后,伏隔核D1受体蛋白及荧光强度也升高。同样接收多巴胺,两类受体在这套任务中的作用并不相同。

原论文图 1环境偏好与D1受体
环境偏好与D1受体
原论文Figure 1:笑气配对后位置偏好增强;NAc内D1阻断降低偏好,D2阻断未见显著效果,并展示D1受体表达变化。
来源:Li WQ et al. · Translational psychiatry · CC BY-NC-ND
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两处信号,在接触时迅速升高

VTA是这条奖赏网络的重要多巴胺来源,伏隔核则接收相关输入。研究分别记录两个节点:伏隔核中的多巴胺传感信号在笑气接触时逐渐上升,VTA多巴胺细胞的钙信号则迅速升高,并在接触过程中波动。短时间内,分子信号与细胞活动都有了响应。

反复接触后的组织分析还发现,VTA中NeuN与酪氨酸羟化酶(TH)共同标记的细胞更多,TH转录水平升高。TH参与多巴胺合成,是识别相关细胞常用的标记。这里观察到的是标记变化,而非新细胞的生成。快速响应和接触后的组织变化,分别呈现了这条网络的两个时间侧面。

原论文图 2多巴胺传感与细胞钙信号
多巴胺传感与细胞钙信号
原论文Figure 2:展示VTA内TH相关标记、NAc的多巴胺传感响应,以及VTA多巴胺细胞的钙响应;两种动态读出来自各自的记录实验。
来源:Li WQ et al. · Translational psychiatry · CC BY-NC-ND
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BDNF相关变化不止停在表达层面

多巴胺解释了快速响应,BDNF则把问题带向另一层:反复接触之后,细胞的信号状态怎样改变?研究发现VTA内BDNF转录和蛋白水平升高,伏隔核内TrkB、ERK及CREB的磷酸化比例也升高。这些分子分别涉及受体响应、细胞内信号传递和基因表达调节。

如果这些变化参与环境偏好,削弱它们应该改变行为。分别抑制伏隔核中的TrkB、ERK或CREB相关作用后,笑气对应的偏好均下降;在空气条件下,相同干预未显著改变位置偏好。表达变化由此与行为干预结果相互呼应。

原论文图 3BDNF相关信号及下游干预
BDNF相关信号及下游干预
原论文Figure 3:VTA内BDNF表达和NAc内相关磷酸化、活动标记增强;分别抑制TrkB、ERK或CREB相关作用可降低笑气条件性位置偏好。
来源:Li WQ et al. · Translational psychiatry · CC BY-NC-ND
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降低VTA里的BDNF,偏好随之减弱

团队进一步在VTA局部降低BDNF。笑气条件下,小鼠的位置偏好分数降至对照的大约一半;空气条件下,两组未见显著差异。干预并非把BDNF完全清除,而是降低其表达,随后观察这条网络如何响应。

与此同时,NAc内TrkB、ERK和CREB的磷酸化增强受到抑制,c-Fos阳性细胞减少,VTA内NeuN与TH共同标记的细胞也减少。行为变化与两个节点的组织变化同时出现,支持VTA的BDNF参与笑气相关环境偏好的形成。

原论文图 4BDNF降低后的行为与组织变化
BDNF降低后的行为与组织变化
原论文Figure 4:VTA局部BDNF降低削弱笑气相关偏好,并降低NAc相关磷酸化、c-Fos标记和VTA内NeuN/TH共同标记。
来源:Li WQ et al. · Translational psychiatry · CC BY-NC-ND
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一起阻断,效果并非简单相加

最后,研究把VTA内BDNF降低与NAc内D1阻断组合。联合干预后的偏好,比单独降低BDNF时更弱;但与单独D1阻断相比,差异不显著。这一结果提示两种信号的作用可能相互衔接,单独D1阻断已使偏好明显下降,再叠加BDNF降低没有带来显著的进一步变化。

作者据此提出BDNF可能位于D1相关作用的上游。现有证据支持两者参与同一行为过程,确切的先后关系仍属于机制解释:研究没有直接追踪BDNF从VTA释放到NAc,也没有逐个操控其来源细胞。这条信号链中仍有尚未观察到的环节。

原论文图 5联合干预与机制示意
联合干预与机制示意
原论文Figure 5:联合干预较单独BDNF降低进一步减少偏好,与单独D1阻断相比未见显著差异;B为作者提出的机制示意。
来源:Li WQ et al. · Translational psychiatry · CC BY-NC-ND
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一次接触,如何留下后来愿意接近的线索

这项研究把几个尺度的变化放到了一起:接触时多巴胺相关信号迅速响应,反复配对后分子状态改变,再到测试时对环境的选择。其直接证据来自年轻雄鼠的条件性位置偏好,所揭示的是笑气奖赏相关学习中的一段过程。

值得关注的是,奖赏并非只有多巴胺的一次升高。D1受体与BDNF相关信号的干预都能改变后来的环境偏好,显示快速响应与细胞内分子调节共同塑造了这种行为。由接触到环境记忆,神经网络留下的不只是当时的活动,还有影响下一次选择的变化。

论文信息

Li WQ, Liu SN, Yang SC, Lin X, Zhang ZJ.
Nitrous oxide exerts rewarding effect via regulating D1 receptor and BDNF pathway in ventral tegmental area-nucleus accumbens dopamine circuit
Translational psychiatry · 2025-01-29
DOI: 10.1038/s41398-025-03257-y