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吗啡与应激,唤起腹侧被盖区的不同细胞群

Theranostics · 2024-01-12

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Theranostics · 研究前沿

吗啡与应激,唤起腹侧被盖区的不同细胞群

雄鼠研究追踪两类经历相关细胞群,发现它们在位置、连接和分子特征上各有侧重,对糖水与应激的钙响应也受不同药物选择性调节。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

同一片脑区,遇到吗啡或受到应激,是否会叫醒同一批细胞?腹侧被盖区(VTA)参与奖赏与厌恶相关信息处理,但它并不是一盏整体变亮、变暗的灯。2024年1月12日发表于 Theranostics 的研究,在雄鼠中追踪两类经历留下的活动印记,再比较这些细胞通向哪里、接收什么输入,以及携带哪些分子特征。结果显示,不同经历招募的群体各有侧重,却也能对同一种新事件作出方向相同的响应。

关键发现

吗啡相关群与足部刺激相关群都是混合细胞群,连接及分子特征不同;前者激活产生位置偏好,后者激活增加开放空间回避。两群的糖水响应均升高、悬尾响应均降低,药物调节则呈群体与情境差别。

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两种经历,在同一片区域留下不同分布

团队把吗啡经历相关群称为Mor-Ens,把足部刺激相关群称为Shock-Ens。活动标记显示,吗啡招募的细胞更集中于VTA偏腹侧、后部及靠近中线的位置,足部刺激相关细胞则相对分散。

这相当于先按一次经历点名,再认识被点到的成员。标签记录的是特定时间里的参与经历,并不预设它们是一种固定细胞类型,也不把整个VTA划成两个互不相干的区域。

原论文图 1两种经历,在同一片区域留下不同分布
两种经历,在同一片区域留下不同分布
原论文Figure 1:吗啡和足部刺激后的活动标记及空间分析,显示两类招募群体的分布差异。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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一个产生位置偏好,另一个增加回避

重新激活Mor-Ens,小鼠更偏好与激活相伴的位置。激活Shock-Ens却没有显著产生即时位置回避;在另一组细胞群激活实验中,它缩短高架迷宫开放臂停留,但条件性位置偏好或厌恶仍未显著。

两群因此并非奖赏与厌恶的简单镜像。位置选择和开放空间探索,询问的是不同的行为维度;同一群细胞的作用,也会随着所处情境而显现不同侧面。

原论文图 2一个产生位置偏好,另一个增加回避
一个产生位置偏好,另一个增加回避
原论文Figure 2:Mor-Ens激活产生即时位置偏好;Shock-Ens即时位置回避及条件性位置变化未显著,开放臂停留减少。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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多巴胺与GABA细胞,都在队伍里

VTA常与多巴胺联系在一起,这两群细胞却都不是纯多巴胺群。组织标记中,Mor-Ens约一半带有多巴胺相关TH标记,约45%带有GABA标记;Shock-Ens的相应比例约为36%和61%。

两群的成员配比不同,为理解后续连接与响应差别提供了背景。一次经历可以跨越常用的递质分类,召集多种成员;活动经历与分子身份,是认识同一网络的两个角度。

原论文图 3多巴胺与GABA细胞,都在队伍里
多巴胺与GABA细胞,都在队伍里
原论文Figure 3:两类群体与TH、GABA标记的重叠比例;两群均为混合群体,组成存在差别。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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输入总数相近,来源比例却不同

沿着上游连接追踪,两群的起始标记细胞数和输入细胞总数没有显著差别,来源比例却不同。Mor-Ens来自背内侧纹状体和下丘脑内侧区的输入占比更高,来自腹侧苍白球与外侧缰核的占比更低。

变化不只是“连得更多”,而是信息从哪些地方汇入。这里比较的是标记输入的构成;它让两类经历相关群体的解剖差别变得具体,尚不等于每条输入的突触作用强弱。

原论文图 4输入总数相近,来源比例却不同
输入总数相近,来源比例却不同
原论文Figure 4:上游输入示踪与归一化来源比例;起始细胞和输入总数未显著不同,若干来源的占比不同。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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未定带与腹侧苍白球,成为醒目的出口

输出端也并非同一张图。团队比较多个目标区域的轴突分支面积、荧光密度及所占比例,未定带和腹侧苍白球在区分两群时尤其醒目。Mor-Ens在这两个位置的每细胞归一化轴突分支面积较大,未定带的密度也较高。

不同指标各看一面:分支面积、局部密度和全图占比,并不会总是同步变化。这张版图呈现两群向外分配连接的方式,还没有逐一检验这些出口在行为中的作用。

原论文图 5未定带与腹侧苍白球,成为醒目的出口
未定带与腹侧苍白球,成为醒目的出口
原论文Figure 5:多个目标区域的三类轴突指标及分类分析,突出未定带和腹侧苍白球的输出差异。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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连接之外,信号分子也各有侧重

核糖体相关转录本比较发现,两群有上千个差异表达基因,其中包含多种神经活性受体及细胞内信号相关分子。Shock-Ens的Grm2转录本较多,Mor-Ens则富集Htr1a等受体转录本。

组织中的蛋白相关信号又显示,Shock-Ens的磷酸化AKT1较高,Mor-Ens的PLCβ3较高。这些分子特征促使团队考察具有不同信号偏向的受体药物;它们本身还不是对某条信号通路功能的直接测定。

原论文图 6连接之外,信号分子也各有侧重
连接之外,信号分子也各有侧重
原论文Figure 6:核糖体相关转录本的群体比较,显示受体与信号相关分子的差异;正文蛋白观察对应原图7。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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两群都响应糖水,药物调节却有选择

面对糖水,两群钙信号都升高;悬尾时,两群都降低。Cariprazine增强Mor-Ens的糖水响应,对Shock-Ens及两群悬尾响应未见显著影响。UNC9994则减弱Shock-Ens悬尾时的信号下降,对两群糖水响应未见显著影响。

可见,经历标签没有把细胞锁定在单一情绪方向。它们仍会响应新的事件,而系统性药物的影响随群体和场景而变;钙变化呈现的是群体响应,不能直接换算成多巴胺释放量。

原论文图 8两群都响应糖水,药物调节却有选择
两群都响应糖水,药物调节却有选择
原论文Figure 8:两群对糖水和悬尾的钙响应及药物影响。UNC9994使Shock-Ens悬尾时的下降变小,而非进一步压低信号。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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行为改变,也随场景一起变化

在吗啡暴露结束后的戒断期给予药物,Cariprazine增加小鼠开放臂停留和进入次数,迷宫内总路程未显著变化;UNC9994没有同样改善。不过,Cariprazine在开放场中也增加移动路程,盐水对照与戒断组都有这一效应。

这些成年雄鼠结果把经历、连接和分子差别放进同一幅图景。药物作用遍及全身,尚未证明行为改善只来自某一群细胞;研究更鲜明的新认识是,VTA中的经历相关队伍各有构成,却又在新的情境中共享和分化响应。

原论文图 9行为改变,也随场景一起变化
行为改变,也随场景一起变化
原论文Figure 9:戒断期药物干预后的探索与运动表现;Cariprazine改善开放臂指标,同时增加两种背景下的开放场移动。
来源:Wang F et al. · Theranostics · CC BY
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论文信息

Wang F, Liu CB, Wang Y, Wang XX, Yang YY, Jiang CY, Le QM, Liu X, Ma L, Wang FF.
Morphine- and foot shock-responsive neuronal ensembles in the VTA possess different connectivity and biased GPCR signaling pathway
Theranostics · 2024-01-12
DOI: 10.7150/thno.90792