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药物环境记忆,牵动前额叶与丘脑的连接

Theranostics · 2025-01-02

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Theranostics · 研究前沿

药物环境记忆,牵动前额叶与丘脑的连接

雄鼠再次进入甲基苯丙胺配对环境时,丘脑PVT兴奋性细胞被调动。抑制前额叶输入可减弱已有偏好,另一实验的睡眠状态指标未显著改变。

AI概念插图:小鼠面对不同环境线索,上方展示与环境记忆相关的抽象细胞连接,不是实际实验装置或回路定位图。

熟悉的环境,可以让过去的药物经历重新影响选择。记住这个地方,与再次见到它时表现出偏好,是同一段经验的不同阶段。2025年发表于 Theranostics 的研究,在雄鼠甲基苯丙胺条件性位置偏好中,追踪了丘脑室旁核(PVT)及来自内侧前额叶(mPFC)的兴奋性输入。PVT同时参与觉醒,这让问题多了一层:削弱环境偏好时,是否也会让动物更容易睡去?团队从记忆阶段、细胞连接和睡眠记录三个角度展开观察。

关键发现

抑制PVT兴奋性细胞在测试阶段削弱已有偏好,训练阶段干预未见显著效果。mPFC至PVT末梢抑制也降低偏好;另一实验抑制投向PVT的mPFC细胞,三小时内各睡眠状态时长未显著改变。

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变化出现在重新进入环境之后

反复将一种环境与药物配对后,小鼠在无药物的测试中更偏向该侧,总行走距离与对照相近。团队比较了训练后、未测试以及完成测试的不同动物群,发现PVT中CaMKII标记细胞的c-Fos活动标记,主要在完成偏好测试的药物组升高。

训练结束后并没有同样显著的组间升高。环境再次出现、动物作出选择时,PVT的响应才更加突出。这种阶段差异,让研究从“药物使哪些细胞变化”,转向“记忆在哪个时刻需要这些细胞”。

原论文图 1测试阶段的PVT活动标记
测试阶段的PVT活动标记
原论文Figure 1:位置偏好形成后,PVT兴奋性细胞的c-Fos标记在测试组升高;训练后及未测试组的相应组间差异不显著。
来源:Li X et al. · Theranostics · CC BY
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偏好已经形成,测试时仍可被削弱

在训练阶段降低PVT兴奋性细胞活动,小鼠后来仍形成位置偏好,与未抑制组的偏好变化量未见显著差异。但在偏好已经出现后,测试前再抑制这些细胞,药物组的偏好明显下降,对照组则未见同样改变。

受测小鼠的总行走距离并未显著下降,偏好改变与整体移动减少并不同步。结果把PVT的作用指向已有环境记忆被唤起、表现为选择的环节;这次测试中的偏好下降,并不等于记忆被永久擦除。

原论文图 2PVT抑制与已形成的偏好
PVT抑制与已形成的偏好
原论文Figure 2:首次测试确认偏好,随后测试时抑制PVT兴奋性细胞,使药物组位置偏好及其变化量降低。
来源:Li X et al. · Theranostics · CC BY
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PVT细胞更易放电,兴奋性输入也有变化

测试后的脑片记录显示,药物组PVT细胞在电流刺激下发放更多动作电位,自发放电也增加。自发兴奋性电流的频率和幅度升高;微小兴奋性电流则是频率升高、幅度未显著改变。细胞兴奋性与输入读出呈现了不同层面的变化。

受体筛查进一步发现,阻断含GluN2A的NMDA受体或AMPA受体,可降低药物组细胞的电流诱发放电;阻断D1或GluN2B相关作用,未见同样显著效果。团队因此沿着谷氨酸输入,寻找推动PVT响应的来源。

原论文图 3兴奋性与突触电流的变化
兴奋性与突触电流的变化
原论文Figure 3:PVT细胞电流诱发及自发放电增加;自发兴奋性电流频率、幅度升高,微小兴奋性电流幅度未见显著改变。
来源:Li X et al. · Theranostics · CC BY
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前额叶与PVT之间有直接兴奋性连接

前向与逆向追踪相互呼应:mPFC来源末梢到达PVT,投向PVT的前额叶细胞主要位于第五、六层。刺激这些末梢可在PVT细胞中引出兴奋性电流,结合突触阻断与恢复实验,支持两者存在直接的单突触兴奋性连接。

GluN2A相关阻断可部分降低这类电流。反过来,抑制mPFC末梢时,多数受测PVT细胞放电减少,结束抑制后回升。前额叶输入由此与PVT细胞的即时活动联系起来,也为随后只干预这一输入提供了依据。

原论文图 5mPFC—PVT的结构与功能连接
mPFC—PVT的结构与功能连接
原论文Figure 5:追踪和脑片记录支持直接兴奋性连接;GluN2A相关阻断部分减弱诱发电流,末梢抑制降低多数受测PVT细胞放电。
来源:Li X et al. · Theranostics · CC BY
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降低这一输入,环境的吸引力减弱

在同一批小鼠中,第一次测试先确认药物配对环境的偏好;第二次测试时,团队抑制PVT内的mPFC兴奋性末梢。实验组的偏好随之下降,而病毒对照没有同样显著的变化,两组总行走距离仍相近。

这次干预落在连接的输入端,而非广泛压低整个PVT。它表明,前额叶传来的兴奋性信息,是已有环境偏好能够在测试中表现出来的一个参与环节。

原论文图 7末梢抑制后的环境选择
末梢抑制后的环境选择
原论文Figure 7:抑制PVT内mPFC兴奋性末梢后,已有药物环境偏好降低;首次未抑制测试的两组偏好相近。
来源:Li X et al. · Theranostics · CC BY
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选择特定输入,与广泛抑制PVT不同

广泛抑制PVT兴奋性细胞的另一实验中,清醒时间减少,非快速眼动睡眠时间增加。团队随后选出投向PVT的mPFC细胞,在独立实验中降低其活动,并记录脑电与肌电:三小时观察内,清醒、非快速眼动及快速眼动睡眠的时长和出现次数均未显著改变。

PVT并不是一个只负责奖赏的开关。它接收多处输入,参与多种状态;针对特定来源细胞,与抑制更广的PVT细胞群,可以呈现不同的睡眠状态结果。这项观察限定在本次短时记录,并非对所有觉醒功能的保证。

原论文图 8投射定义细胞抑制与睡眠状态
投射定义细胞抑制与睡眠状态
原论文Figure 8:抑制投向PVT的mPFC细胞后,三小时内各睡眠状态时长和次数的单项比较未见显著改变。
来源:Li X et al. · Theranostics · CC BY
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GluN2A与AMPA,在行为中出现不同结果

进一步抑制PVT内mPFC末梢后,团队加入不同受体相关药理增强。在GluN2A相关增强条件下,小鼠再次表现出相对训练前的显著环境偏好;AMPA相关增强条件下,没有出现同样的显著偏好。

两类受体都参与脑片中的细胞响应,但在这个行为实验中,结果并不相同。研究由此把GluN2A相关作用与回路干预联系起来;这些药理干预覆盖PVT局部,并不只作用于某一个已标定的突触。

原论文图 9回路抑制与受体相关增强
回路抑制与受体相关增强
原论文Figure 9:末梢抑制后加入GluN2A相关增强,测试偏好再次显著高于训练前;加入AMPA相关增强后,与训练前相比未见显著偏好。
来源:Li X et al. · Theranostics · CC BY
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记忆被唤起,也需要合适的网络输入

这项年轻雄鼠研究,将形成环境关联与后来表现偏好的时刻分开,显示mPFC—PVT兴奋性连接参与后一个环节。更细地看一个脑区收到的信息,可以同时解释环境为何再次影响选择,以及不同干预为何具有不同的睡眠状态结果。

论文信息

Li X, Xu X, Feng Q, Zhou N, He Y, Liu Y, Tai H, Kim HY, Fan Y, Guan X.
Glutamatergic pathways from medial prefrontal cortex to paraventricular nucleus of thalamus contribute to the methamphetamine-induced conditioned place preference without affecting wakefulness
Theranostics · 2025-01-02
DOI: 10.7150/thno.100688