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面对社交压力,一群投向VTA的血清素细胞改变了什么

Nature communications · 2020-08-24

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Nature communications · 研究前沿

面对社交压力,一群投向VTA的血清素细胞改变了什么

雄性小鼠研究发现,投向腹侧被盖区的背缝核血清素细胞,在应激易感个体中活动较低;改变这群细胞的活动,会依压力经历与时间尺度影响社交回避。

原论文图1f局部:背缝核投射相关细胞的合并荧光

经历相似的社交压力,有的小鼠明显回避同伴,有的仍愿意接近。这样的差别,能否在脑回路中找到线索?2020年8月24日发表于 Nature Communications 的研究,关注投向腹侧被盖区的一群背缝核血清素细胞。研究发现,表现出较强社交回避的雄性小鼠,这群细胞的放电更低;而增强或降低活动,也能在特定条件下改变后续行为。结果把血清素与压力的关系,推进到投射身份、既往经历和持续时间的具体层面。

关键发现

投向VTA的背缝核血清素细胞参与社交压力后的行为调节,但效应依赖既有压力状态和干预持续时间;细胞既有血清素相关也有谷氨酸相关输出作用。

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输出去向不同,细胞群也有差别

背缝核简称DR,是脑内重要的血清素细胞来源;腹侧被盖区简称VTA,参与奖赏与压力相关行为。研究发现,投向VTA的DR细胞,与投向前额叶或伏隔核的血清素细胞重叠较少,在空间分布上也有所差别。这为按输出方向理解细胞功能提供了基础。

这种相对分离并不是绝对隔离。研究仍观察到少量重叠和稀疏旁支,不能把投射群体理解为只联系一个位置的封闭线路。后续行为比较针对的是按投射身份识别的细胞群:它们通向哪里,有助于缩小研究对象,却不会自动排除其他输出参与。

原论文图 1输出身份与细胞分布
输出身份与细胞分布
图1:投向VTA的DR血清素细胞,与另外两类投射群体相对分离,但仍存在少量重叠与旁支。
来源:Zou WJ et al. · Nature communications · CC BY
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血清素身份,并不意味着只有血清素信号

研究在VTA接收细胞中观察到两类电流作用:一类快速兴奋性响应,与谷氨酸受体有关;另一类较慢的抑制性响应,与血清素受体有关。在记录细胞中,有的兼有两类响应,有的只有一种,也有未检出相应响应的细胞。

因此,“血清素细胞”并不能简单理解成只带来单一方向影响的信号源。接收细胞及其受体不同,输出的效果也可能不同。这些电生理证据说明了传递的多样性,但尚未分别确定两种递质在后续社交行为效应中各自承担多少作用。

原论文图 2VTA接收细胞的不同响应
VTA接收细胞的不同响应
图2:DR相关末梢活动可引出谷氨酸相关快速兴奋响应和血清素相关慢速抑制响应,接收细胞具有异质性。
来源:Zou WJ et al. · Nature communications · CC BY
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社交回避更强时,这群细胞更安静

经历慢性社交应激后,小鼠依据社交接近表现被划分为易感组和韧性组。前者明显减少与目标同伴附近的互动,后者更接近未受应激的对照。这里的分组描述模型中的行为差别,并不等同于给动物作出人类抑郁症诊断。

在脑片中,易感组投向VTA的DR血清素细胞自主放电更低,受电流驱动时的兴奋性也减弱。韧性组则没有呈现相同的低活动状态。这样的组间关联让细胞活动成为候选线索,但单靠应激后的记录,尚不能分清它是原因、结果还是两者共同作用。

原论文图 3易感与韧性个体的细胞活动
易感与韧性个体的细胞活动
图3:易感组的投射定义细胞自主放电和诱发兴奋性降低,与其社交回避表型相伴。
来源:Zou WJ et al. · Nature communications · CC BY
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降低活动的作用,依赖压力背景

没有经历相应压力时,降低这群细胞的活动,并未显著改变基础社交接近。经历较弱、单独不足以引出明显回避的社交应激后,同样方向的活动降低却使社交回避出现。细胞活动与经历相互作用,才构成了这个模型中的行为结果。

这也使结果有别于“一降低血清素就产生抑郁”的简单说法。研究观察到的是特定压力条件下的社交指标;其他行为读数并未全部同步改变。按投射身份缩小细胞群之后,状态依赖仍是理解作用方式不可省略的一部分。

原论文图 5压力背景下的活动降低
压力背景下的活动降低
图5:未受相应应激时,活动降低的社交比较未达显著;较弱应激背景下,降低活动引出社交回避。
来源:Zou WJ et al. · Nature communications · CC BY
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同一群细胞,作用还取决于时间尺度

对已经表现出韧性的小鼠,短时降低这群细胞活动,没有显著改变社交指标;持续多次降低后,社交接近才减少。相反,在易感小鼠中,增强活动无论采用短时还是反复的安排,都提高了与目标同伴附近的互动。两种方向并不是在所有条件下完全对称。

这些结果针对投向VTA的DR细胞胞体活动,并未单独隔离VTA内某一种接收细胞。持续干预为何与短时干预不同,可能涉及网络适应,但本研究尚未把这种适应完整拆解。社交指标改善,也不能自动推广为所有压力后行为都得到恢复。

原论文图 6不同时间尺度的行为作用
不同时间尺度的行为作用
图6:韧性组短时抑制未见显著社交变化,反复抑制后接近减少;易感组短时及反复增强活动后,社交指标提高。
来源:Zou WJ et al. · Nature communications · CC BY
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理解压力,需要问清是哪群细胞、什么状态

这项研究让血清素与压力的联系变得更具体:投射方向帮助识别细胞,电生理呈现个体差别,行为干预则揭示经历与时间尺度的影响。谷氨酸共同传递、少量旁支以及多样的VTA接收细胞,仍是进一步解释机制时需要面对的问题。

结果来自成年雄性小鼠及特定社交应激模型。它提供了理解压力易感性的神经线索,尚未建立面向人的治疗效果。更值得延伸的方向,是继续追问同一递质系统内部,不同细胞群如何在不同经历下参与调节,而不是用一个全脑高低指标概括全部变化。

论文信息

Zou WJ, Song YL, Wu MY, Chen XT, You QL, Yang Q, Luo ZY, Huang L, Kong Y, Feng J, Fang DX, Li XW, Yang JM, Mei L, Gao TM.
A discrete serotonergic circuit regulates vulnerability to social stress
Nature communications · 2020-08-24
DOI: 10.1038/s41467-020-18010-w