压力之下,前额叶的一道“刹车”为何松动?
雄性小鼠研究发现,屏状核对前额叶抑制性细胞的兴奋输入,为局部网络提供制动;强啡肽与κ阿片受体信号参与改变这条连接。
压力怎样让人失去与他人接触的兴趣?要理解这一问题,神经科学常把视线投向前额叶,但这里的细胞并不是齐步前进的:兴奋性细胞传递输出,抑制性细胞为网络提供约束,上游输入又会同时牵动两者。2023年11月30日发表于 Nature Communications 的研究,在雄性小鼠社会挫败应激模型中,追踪屏状核(CLA)至前边缘皮层(PL)的连接。研究发现,应激后这条兴奋性输入减弱,PL内一群PV抑制性细胞的活动下降,锥体细胞却更活跃。一个看似矛盾的结果,指向了“兴奋输入帮助制动”的局部网络逻辑。
屏状核通过兴奋PL内PV细胞,参与前馈抑制与应激相关行为调节。强啡肽/KOR信号能够削弱这条输入;改变通路、PV细胞或投射细胞中的KOR,影响不同抑郁样行为指标。
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减弱这群细胞,行为也更容易受压力影响
屏状核是一片位置隐蔽、连接广泛的薄层结构。研究先从其以谷氨酸能细胞为主的标记群体入手:在较轻的社会挫败条件下,抑制这群细胞,小鼠的社会互动和蔗糖偏好下降,悬尾测试的不动时间增加。
相反,在慢性社会挫败后,增强屏状核细胞活动能够改善上述行为指标。两类干预中的运动距离都没有显著变化。屏状核活动与应激相关行为由此联系起来,而它究竟通过哪一处下游发挥影响,还需要沿着连接继续寻找。
来源:Wang YJ et al. · Nature communications · CC BY
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同一片皮层里,活动方向并不相同
屏状核能够把兴奋信号送往PL。慢性社会挫败后,屏状核兴奋性细胞的活动标记与群体钙信号降低,PL中的PV抑制性细胞也呈现相似变化。可是,PL兴奋性细胞的活动标记和钙信号却升高。
这一方向差异提醒我们,脑区整体的“活跃”或“安静”很难概括细胞之间的协作。如果上游输入原本会招募抑制性细胞,那么这份兴奋输入的减弱,可能让下游锥体细胞失去约束。研究接下来围绕这一局部制动逻辑展开验证。
来源:Wang YJ et al. · Nature communications · CC BY
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把连接活动提起来,小鼠更愿意接近同伴
增强屏状核在PL中的末梢活动后,慢性社会挫败小鼠的社会互动比例和蔗糖偏好提高,悬尾不动时间缩短。相反,在较轻的应激条件下抑制这条连接,会带来社会互动和蔗糖偏好的下降,以及不动时间增加。
运动距离在这些比较中没有显著变化,行为变化与单纯运动增减有所区分。更强的兴奋输入并未把整个PL简单推向“更兴奋”,它如何通过细胞之间的连接帮助调节局部网络,成为机制部分的核心。
来源:Wang YJ et al. · Nature communications · CC BY
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兴奋信号,怎样招募一道抑制性的刹车?
PL中的PV细胞接收屏状核的直接兴奋性输入。屏状核信号抵达后,既能直接兴奋锥体细胞,也能通过招募局部抑制性细胞,给锥体细胞带来间接抑制。这种“先招募抑制,再约束输出”的安排,就是前馈抑制。
它让上游的兴奋信号兼具两种作用:传递信息,同时限制输出。应激时,屏状核输出与PV细胞活动的下降,和PL锥体细胞活动升高相互呼应。由此形成的解释,把两处脑区的变化连接成了一套细胞层面的网络逻辑。
来源:Wang YJ et al. · Nature communications · CC BY
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能否改善行为,还取决于这道刹车
当屏状核至PL连接被增强时,同时抑制PL的PV细胞,会削弱社会互动、蔗糖偏好和悬尾指标的改善。上游连接虽然被招募,局部抑制性环节的状态仍能改变最终行为结果。
从另一方向看,在屏状核至PL连接被抑制时,增强PV细胞活动能够改善社会互动和蔗糖偏好,悬尾不动时间则未显著改变。不同指标的响应有所区别,但这些互相配合的干预,把PV细胞放在了通路与行为之间的重要位置。
来源:Wang YJ et al. · Nature communications · CC BY
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强啡肽与KOR,把输入的强弱进一步改写
慢性社会挫败后,PL中的强啡肽水平升高,κ阿片受体(KOR)的总蛋白水平没有显著变化。KOR激动条件下,屏状核输入引发的兴奋性电流减弱,成对脉冲比值升高,支持突触前释放受到调节;PV细胞上的作用更为明显。
在投射到PL的屏状核细胞中提高KOR表达,能够削弱通路增强带来的行为改善;降低这组细胞的KOR,又能缓解通路抑制带来的部分行为改变。受体改变覆盖的是投射定义的细胞群,而局部电流结果为它们在PL中的输入调节提供了功能线索。
这项雄性小鼠研究将社会压力、屏状核输入、局部抑制与强啡肽/KOR信号联系起来。前额叶的调节不仅关乎输出强弱,也取决于负责约束输出的细胞能否获得合适输入。相关细胞在不同性别、不同应激情境及人类疾病中的作用,以及怎样获得更持久而有针对性的干预效果,仍值得进一步探索。
来源:Wang YJ et al. · Nature communications · CC BY
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