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D1细胞也有不同分工:一群Tac2细胞抑制可卡因相关行为

Science advances · 2022-08-12

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Science advances · 研究前沿

D1细胞也有不同分工:一群Tac2细胞抑制可卡因相关行为

雄性小鼠研究发现,伏隔核一类Tac2阳性D1神经元能够抑制可卡因场所偏爱与部分主动取药行为,提示同一大类神经元内部也存在不同功能。

原论文图1A局部:伏隔核Tac2与D1相关标记的荧光图像

谈到大脑奖赏回路,D1神经元常被放在促进药物相关行为的一侧。但如果把这一大类细胞继续细分,故事会不会改变?2022年8月12日发表于 Science Advances 的研究,在雄性小鼠伏隔核中关注了一群表达Tac2的D1中型棘状神经元。增强这群细胞的活动,反而会减弱可卡因相关场所偏爱,并减少部分条件下的主动取药。研究把一个熟悉的细胞分类,推进到了更细的分子亚型和输出通路层面。

关键发现

伏隔核Tac2阳性D1细胞对可卡因相关行为具有负向调节作用,其通向外侧下丘脑的输出能够降低可卡因场所偏爱;分子身份与投射方向共同影响功能。

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D1标签之下,还有不同的细胞

伏隔核参与动机与奖赏,但其中的神经元并非整齐划一。传统分类常区分D1与D2中型棘状神经元;分子图谱则进一步揭示,这两类内部还有多个亚型。若把它们作为整体观察,一小群方向不同的细胞,可能会被总体表现掩盖。

Tac2提供了这样一个切入口。在既有小鼠伏隔核细胞图谱中,这一亚型约占D1中型棘状神经元的5%。本研究的共标记结果也显示,Tac2阳性细胞大多具有D1相关标记。这里的D1指多巴胺受体相关身份,并不意味着这些细胞本身释放多巴胺。

原论文图 1分子身份与可卡因后的活动
分子身份与可卡因后的活动
图1:Tac2与D1相关标记高度重叠;可卡因后记录到的细胞反应具有异质性,早期活动下降的细胞更多。
来源:Zhao ZD et al. · Science advances · CC BY
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同样面对可卡因,细胞没有齐步走

研究逐细胞观察钙信号发现,急性可卡因作用后的早期阶段,约32.9%的记录细胞活动下降,约13.8%活动上升,其余未显示相应响应。群体总体偏向降低,但这不代表每一个Tac2阳性细胞都被压低,更不等于直接测得了相同幅度的放电变化。

到了较晚阶段,一些反应又发生变化。单一时间点给出的“上升”或“下降”,并不是细胞永恒的性格标签。这样的动态分化,也让后续问题变得更具体:药物改变了活动,药物相关环境能否同样改变这群细胞的反应?

记住药物的不只是药物本身

小鼠与可卡因建立场所联系后,会更多停留在与药物配对的环境。与此同时,在该环境中活动较低的Tac2阳性细胞比例增加。另一小部分细胞则呈相反方向,说明同一分子亚型内部,仍然可以包含不同的情境相关响应。

当小鼠走入药物相关空间时,两类细胞的钙活动也随之改变。环境与细胞活动之间由此建立起联系,不过这些同步出现的变化,还不能独自回答细胞是否决定了选择。要进一步接近因果关系,需要看改变活动后,行为是否也改变。

原论文图 2药物相关环境中的细胞活动
药物相关环境中的细胞活动
图2:场所学习后,更多Tac2阳性细胞在可卡因相关环境中表现出较低钙活动;另有细胞呈相反响应。
来源:Zhao ZD et al. · Science advances · CC BY
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增强这群D1细胞,场所偏爱反而减弱

增强Tac2阳性细胞活动后,小鼠的可卡因场所偏爱减弱。另一种增强活动的方式得到相同方向的结果;在较弱的场所条件化背景下,降低这些细胞活动则增强了偏爱。这组相反方向的干预,把活动变化与奖赏相关行为更直接地联系起来。

值得留意的是,活动增强没有显著改变可卡因引起的运动增加。场所偏爱的降低与运动读数的保留,使结果更接近特定奖赏相关环节的变化。它也没有显示药物相关记忆被永久抹去,或小鼠从此不再对可卡因产生任何反应。

原论文图 3细胞活动与场所偏爱
细胞活动与场所偏爱
图3:增强Tac2阳性细胞活动降低可卡因场所偏爱;在较弱条件化中抑制活动增强偏爱。群体激活对可卡因诱发运动增加的影响未达显著。
来源:Zhao ZD et al. · Science advances · CC BY
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行为改变也出现在主动获取药物时

研究随后观察小鼠主动操作获取可卡因的行为。增强Tac2阳性细胞活动后,在部分给药条件下,有效操作和实际获得的药物次数减少;降低活动则在部分条件下增加相关指标。不同条件的结果并不完全相同,影响也没有覆盖每一个比较。

这一步把观察从“更喜欢待在哪里”推进到“是否主动获取”,让同一细胞群的行为作用有了另一种证据。与此同时,增强活动还降低了有效操作比例,提示行为结构也在变化。取药减少并不能单凭一个指标,直接等同于临床意义上的成瘾消失。

原论文图 4主动取药中的双向影响
主动取药中的双向影响
图4:增强与降低Tac2阳性细胞活动,对部分条件下的主动取药指标产生相反影响;并非所有条件均显著。
来源:Zhao ZD et al. · Science advances · CC BY
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通向下丘脑的分支,呈现不同作用

Tac2阳性细胞的输出可到达多个脑区。研究比较通向腹侧苍白球、外侧下丘脑和腹侧被盖区的分支后发现,增强通向外侧下丘脑的输出可降低可卡因场所偏爱;另外两个输出的对应比较没有显著差异。输出范围最广的分支,也未必在这一任务中最能改变行为。

这项研究的启发,在于细胞大类、分子亚型与输出方向需要放在一起理解。Tac2是找到这群细胞的标记,但并不自动证明Tac2编码的肽承担了全部作用。研究来自成年雄性小鼠;其他物种中存在相关细胞身份,也尚不等于已建立人类成瘾治疗效果。

原论文图 5不同输出与场所偏爱
不同输出与场所偏爱
图5:通向外侧下丘脑的Tac2阳性输出增强后,场所偏爱降低;通向腹侧苍白球和腹侧被盖区的对应比较未达显著。
来源:Zhao ZD et al. · Science advances · CC BY
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论文信息

Zhao ZD, Han X, Chen R, Liu Y, Bhattacherjee A, Chen W, Zhang Y.
A molecularly defined D1 medium spiny neuron subtype negatively regulates cocaine addiction
Science advances · 2022-08-12
DOI: 10.1126/sciadv.abn3552