警戒时跑得更快,组胺调节下托细胞参与其中
小鼠研究发现,TMN至下托的组胺输入在基础状态可促进高速运动,在警戒逃跑中还参与维持这一表现;接收细胞及受体干预显示不同作用。
同样是加速,自由探索中突然快走,与受到警戒信号后迅速逃开,未必依靠完全相同的调节。2024年发表于 Nature Communications 的研究,追踪结节乳头核(TMN)的组胺细胞及其通向海马下托(SUB)的输入。组胺常与觉醒、注意联系在一起,这项研究却把问题具体到速度变化:哪种情境下,这一路信号会推动小鼠从慢速转入快速运动?下托细胞、组胺受体和后续输出,为这个问题提供了不同层次的回答。
刺激TMN→SUB末梢促进基础运动,但抑制未显著改变基础表现;警戒逃跑时,刺激提高、抑制降低逃跑距离和最高速度。SUB兴奋性细胞及H2受体相关作用参与促动,RSG投射群是后续输出线索。
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组胺细胞响应加速,时程随情境而变
自由活动和跑台加速时,TMN组胺细胞的群体钙信号升高。转棒实验中,开始运动时也有升高,随后随转速进一步增加却没有同样的显著变化。它们不是在每种任务中都简单地随速度线性上升。
在社会攻击引发的警戒逃跑中,钙信号迅速升高,甚至在速度回落后仍保持较高水平。提高或降低整个TMN组胺群,在基础自由运动中未见显著效果,却能分别增强或减弱警戒逃跑。情境改变了活动与动作之间的关系。
来源:Yang L et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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下托与内嗅皮层,信号变化并不相同
TMN组胺纤维可抵达下托和内嗅皮层,两处都与空间、运动信息处理有关。研究用组胺传感信号观察局部变化:下托在自由加速、跑台加速及多种警戒行为中出现增强,内嗅皮层的对应信号更不稳定,所测加速比较未显著。
转棒中,下托组胺信号在后续较快阶段升高,与TMN整体细胞钙信号的时程并不完全一致。细胞群活动与某个接收区域的递质信号,记录的是不同环节;研究由此聚焦下托这一接收端。
来源:Yang L et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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基础状态能促进,警戒时还影响维持
只刺激TMN在下托的末梢,基础自由运动中的短时速度与总距离增加,高速运动占比也提高。反过来抑制这些末梢,基础状态的速度、总距离及速度分段指标都未显著改变。能推高运动表现,并不意味着平常运动一定依赖它。
到了警戒逃跑情境,两种干预出现相反效果:刺激增加逃跑距离和最高速度,抑制则降低这两项表现。相同输入在不同情境中,既可提供额外推动,也可参与维持已经被调动的快速逃跑。
来源:Yang L et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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下托兴奋性群体接住这一调节
刺激组胺输入后被活动标记的下托细胞,多数带CaMKII兴奋性标记。逆向单突触追踪从下托兴奋性细胞回溯到TMN组胺细胞;末梢刺激也提高下托群体钙信号,解剖连接与功能响应相互呼应。
下托兴奋性细胞在加速起点和警戒逃跑中响应。跑台减速时,其信号相对最高速度阶段下降;TMN整体钙和下托组胺传感信号的对应下降却未显著。不同节点保留了各自的动态特征。
来源:Yang L et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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压低接收群体,促动效应减弱
直接提高下托兴奋性细胞活动,平均速度升高,高速分段的运动距离增加。研究随后同时刺激TMN末梢、抑制下托兴奋性细胞,原本由末梢刺激带来的距离与速度增加被明显削弱。
这一组合把输入与接收细胞联系到同一个行为读出。不过抑制覆盖下托兴奋性群体,并非只针对组胺输入所标记的少数细胞;结果支持接收群体参与促动,而不是已经找出唯一的细胞亚型。
来源:Yang L et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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两类受体,在不同干预中有不同表现
局部阻断H3受体可促进高速运动,去除大部分TMN组胺细胞后,这种促动消失。H1和H2受体相关激活也都能促动;阻断H2及相关腺苷酸环化酶、HCN作用,则削弱H3阻断带来的运动增加。
定向降低下托兴奋性细胞H2表达后,药物促动相对对照显著减弱。H1敲低后促动也不再显著,但与对照的相应差别未达显著。药理与基因干预共同突出了H2相关作用,同时保留了两类受体可能协作的空间。
来源:Yang L et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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速度调节,继续通向更广的网络
运动时被标记的下托细胞,激活可促进、抑制可减少运动。它们的轴突分布于颗粒型压后皮层(RSG)、丘脑前腹侧核和内侧乳头体。部分受到TMN末梢刺激调动的下托细胞也投向RSG,这一投射群的钙信号随末梢刺激升高。
RSG由此成为后续输出线索,本研究没有单独干预这一路末梢来确定其行为必要性。在成年雌雄小鼠中,组胺对运动的作用呈现出一个具体特点:不是统一踩下加速踏板,而是随着警戒情境和接收细胞状态,改变快速运动的调节方式。
来源:Yang L et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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