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少数细胞变活跃,为何整片情绪网络转向?

Nature communications · 2023-04-05

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Nature communications · 研究前沿

少数细胞变活跃,为何整片情绪网络转向?

外侧隔区一小群A2A受体阳性细胞,把慢性应激、局部抑制和两条下游输出联系起来;局部阻断受体改善小鼠受测行为。

AI概念图:少数活跃细胞与周围网络、远处连接;非真实解剖或实验图

压力反复出现时,大脑的变化并不总是整片区域一起变强或变弱。一个人数很少的细胞群,也可能改写周围细胞与远处脑区的活动。2023年4月5日发表于 Nature Communications 的研究,把视线投向外侧隔区(LS)的腺苷A2A受体阳性神经元。这个位于脑中线附近的区域连接情绪、动机与社会行为相关网络,内部以抑制性细胞为主。研究发现,慢性应激使隔区A2A受体增多;增强这些受体及其细胞活动,能够推动小鼠部分抑郁样行为。令人意外的是,少数细胞更活跃时,LS整体的活动标记反而减少。

关键发现

受体、细胞群与投射三个层次的实验,将LS的A2A信号与应激相关行为联系起来;下游去抑制是作者提出的机制解释。

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先找出口:少数细胞通往哪里

此前的标记研究估计,A2A受体阳性神经元约占LS神经元的百分之一。数量虽少,它们的输出却有明确去向:顺行示踪在下丘脑背内侧核(DMH)和外侧缰核(LHb)发现标记末梢,逆行示踪又从这两个目标找回LS中的受体阳性细胞。

这两个脑区参与应激与情绪调节,为观察局部受体变化如何传到远处提供了路线。同批顺行观察在导水管周围灰质、腹侧被盖区和中缝未发现相应标记;LS不同细胞群的输出,因而不能简单混作一张线路图。

原论文图 1先找出口:少数细胞通往哪里
先找出口:少数细胞通往哪里
原论文 Figure 1:顺行与逆行示踪支持LS的A2A受体阳性神经元投向DMH和LHb。
来源:Wang M et al. · Nature communications · CC BY
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少数细胞兴奋,邻居却受到更多抑制

脑片记录显示,激活A2A受体会提高标记细胞的放电频率,洗去激动剂后效应回落。细胞染色与单细胞检测支持其GABA能身份。与此同时,附近未标记细胞收到的自发抑制性突触电流更频繁,电流幅度基本不变。

少数抑制性细胞兴奋起来,周围网络就可能安静下来。在活体局部激活受体后,LS的c-Fos阳性细胞减少,DMH和LHb则增加。这里的c-Fos是活动相关标记;不同区域的相反变化,让局部抑制与远处响应之间的关系变得格外醒目。

原论文图 2少数细胞兴奋,邻居却受到更多抑制
少数细胞兴奋,邻居却受到更多抑制
原论文 Figure 2:受体激活提高标记细胞放电,并增加周围未标记细胞的抑制性电流频率,幅度无显著变化。
来源:Wang M et al. · Nature communications · CC BY
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改变细胞活动,行为向两个方向移动

直接激活LS的A2A受体阳性细胞,小鼠悬尾测试中的不动时间增加;抑制同类细胞,不动时间减少。两种操作下,开放场总路程、中央区停留以及高架O迷宫开放区停留均没有显著变化。行为变化集中在受测的不动指标,而非普遍运动能力下降。

这种双向变化也解释了为什么仅看整个LS的平均活动容易失去细节:同一区域里,一群细胞可以抑制另一群细胞。研究的主要行为实验使用雄鼠,补充实验也在雌鼠观察到激活后的类似不动变化。

原论文图 4改变细胞活动,行为向两个方向移动
改变细胞活动,行为向两个方向移动
原论文 Figure 4:LS的A2A受体阳性细胞激活增加、抑制减少悬尾不动时间;受测运动与焦虑相关指标未显著改变。
来源:Wang M et al. · Nature communications · CC BY
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两条出口,都能改变不动时间

沿着示踪找到的出口,团队在DMH或LHb局部增强来自LS的标记末梢,两条通路都使悬尾不动时间增加。局部抑制末梢则使不动时间减少,开放场总路程与中央区停留仍基本保持不变。细胞群的行为作用因此延伸到了具体输出。

GABA能输入为何伴随下游活动标记增加?作者提出,输入可能先抑制当地抑制性细胞,再使其他细胞解除抑制。不过,具体接收细胞类型及完整中继尚未确定。这一解释把反直觉结果转化为下一步可检验的机制。

原论文图 5两条出口,都能改变不动时间
两条出口,都能改变不动时间
原论文 Figure 5:来自LS受体阳性细胞的DMH、LHb末梢双向调节悬尾不动时间,开放场指标未显著变化。
来源:Wang M et al. · Nature communications · CC BY
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慢性应激,把受体数量向上推

重复束缚后,小鼠悬尾不动时间增加,LS所在隔区的A2A受体蛋白水平也升高。受测的前额叶、海马和纹状体没有显著升高,开放场总路程及主要焦虑相关比较同样没有显著变化。第二种重复游泳应激模型也显示隔区受体增加。

受体增多也可以主动推动行为变化:在未经历这套慢性应激的小鼠中提高LS的受体表达,不动时间增加,蔗糖偏好下降,总饮水量、运动和受测探索指标保持相近。这使受体变化从伴随现象进一步连接到行为作用。

原论文图 7慢性应激,把受体数量向上推
慢性应激,把受体数量向上推
原论文 Figure 7:LS的A2A受体过表达增加不动时间、降低蔗糖偏好,总饮水量及受测运动和探索指标无显著变化。
来源:Wang M et al. · Nature communications · CC BY
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减少受体,局部网络出现另一种走向

降低LS内源性A2A受体表达后,小鼠悬尾不动时间减少,蔗糖偏好提高,总饮水量与开放场表现基本不变。增加与减少受体带来相反行为方向,与先前细胞群的双向实验相互呼应。

这些结果把腺苷信号落实到特定区域,但受体调节与整群细胞活动并非同一件事。前者改变细胞对信号的响应,后者直接改变网络输出;两层实验共同说明,这群细胞及其A2A信号能够影响受测行为。

原论文图 8减少受体,局部网络出现另一种走向
减少受体,局部网络出现另一种走向
原论文 Figure 8:LS的A2A受体局部下调减少悬尾不动时间、提高蔗糖偏好,其他受测指标无显著变化。
来源:Wang M et al. · Nature communications · CC BY
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在应激之后阻断受体,能否改变行为

最后,团队先确认慢性束缚后的行为变化,再在LS局部给予A2A受体拮抗剂。应激组升高的悬尾不动时间下降,开放场总路程与中央区停留没有显著改变。这项末段实验观察的是应激后的不动行为改善,没有同时检验蔗糖偏好的恢复。

从少数细胞的受体到两条远处输出,这项研究展示了慢性应激如何与局部网络失衡相连。结果主要来自成年雄鼠,悬尾与蔗糖测试反映特定行为维度;它们为理解应激相关行为提供了区域和回路线索,局部给药的观察仍属于动物研究。

原论文图 9在应激之后阻断受体,能否改变行为
在应激之后阻断受体,能否改变行为
原论文 Figure 9:确认慢性束缚行为变化后,LS局部A2A受体拮抗改善悬尾不动时间,开放场指标未显著改变。
来源:Wang M et al. · Nature communications · CC BY
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论文信息

Wang M, Li P, Li Z, da Silva BS, Zheng W, Xiang Z, He Y, Xu T, Cordeiro C, Deng L, Dai Y, Ye M, Lin Z, Lin Z, Zhou J, Zhou X, Ye F, Cunha RA, Chen J, Guo W.
Lateral septum adenosine A2A receptors control stress-induced depressive-like behaviors via signaling to the hypothalamus and habenula
Nature communications · 2023-04-05
DOI: 10.1038/s41467-023-37601-x