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经历如何放大逃跑?一段抑制连接被“松开”

Nature communications · 2025-05-27

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Nature communications · 研究前沿

经历如何放大逃跑?一段抑制连接被“松开”

雄性小鼠研究发现,先前威胁经历借助前额叶输入和内源性大麻素,减弱脑桥到下丘脑的抑制,让逃跑反应增强。

AI 概念插图:一只小鼠跃向高处,表现威胁经历与逃跑反应的研究主题

逃跑可以是先天反应,强度却会被经历改变。反复经历一种威胁气味后,小鼠面对后来的大鼠或二氧化碳挑战,逃跑更快,尝试也更多。2025 年 5 月 27 日发表于《Nature Communications》的研究发现,这种增强与下丘脑背侧乳头前核(PMd)的 CCK 细胞有关。核心变化落在来自脑桥 Gudden 腹侧被盖核(VTg)的抑制连接上。前额叶输入与内源性大麻素共同参与,把过去的威胁经历接入当下的防御动作。

关键发现

学习后的逃跑增强伴随 VTg 抑制性末梢活动下降和局部内源性大麻素升高;减少 VTg PV 细胞的 CB1 受体信号,削弱这种额外增强。

阅读目录 · 7个部分

一种气味经历,影响后来的逃跑

研究先让小鼠反复经历威胁气味。随后,它们减少在气味曾出现的空间停留,显示形成了可测量的位置回避。单次或较少次数的经历,没有产生同样明显的记忆与逃跑增强。

更有意思的是,变化跨到了另一种情境。面对大鼠时,小鼠更快爬离、逃跑次数增加;二氧化碳挑战中,跳跃速度和次数也增加。经历没有只是改变对原气味的反应,而是影响了后续不同威胁下的动作强度。

原论文图 1威胁经历增强后续逃跑
威胁经历增强后续逃跑
原论文 Figure 1:反复气味经历后,两种威胁任务中的逃跑增强,并伴随 PMd CCK 细胞活动增加;清除该群体后,相应增强受到阻碍。
来源:Chai R et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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PMd 接收多条与防御有关的输入

逃跑开始时,PMd CCK 细胞本就活跃;经历过反复威胁后,活动增加得更明显。清除这群细胞既削弱基础逃跑,也妨碍经历带来的额外增强,提示它们是这类防御动作的重要组成部分。

追踪上游连接发现,PMd 接收来自前额叶、腹侧下托及多个下丘脑区域的输入,VTg 则是一个尤为密集的来源。这个节点既接入与经历相关的信息,也受到脑桥输入的调节,为研究提供了两条可追踪的线路。

原论文图 2PMd CCK 细胞的输入网络
PMd CCK 细胞的输入网络
原论文 Figure 2:输入追踪显示前额叶和 VTg 等区域与 PMd CCK 细胞相连,VTg 输入占比较高。
来源:Chai R et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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VTg 的 PV 细胞直接压低 PMd

进一步观察发现,投向 PMd 的 VTg 细胞以 PV 类为主,它们的末梢密集包围 PMd CCK 细胞。脑片电流记录支持,这是一段直接的抑制性连接:增强 VTg 末梢,可在 PMd 细胞中产生抑制反应。

行为调节也与这个方向一致。增强这段连接,小鼠逃跑更慢、次数更少;压低连接,则逃跑增强。抑制性输入因此像一处控制动作强度的刹车。

原论文图 3VTg PV 末梢直接抑制 PMd CCK 细胞
VTg PV 末梢直接抑制 PMd CCK 细胞
原论文 Figure 3:细胞标记与突触记录支持 VTg PV 到 PMd CCK 的直接抑制性连接。
来源:Chai R et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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经历增强逃跑时,局部刹车减弱

在经历过反复威胁的小鼠中,逃跑开始时 VTg 在 PMd 的末梢钙信号明显下降。未经学习或只经历单次威胁的小鼠,没有同样模式。重新增强这段连接,可以削弱学习后的逃跑增强。

与此同时,VTg 胞体的钙信号没有对应下降,诱发放电数量也基本相近。变化更多指向轴突末梢附近的调节,而不是整群 VTg 细胞整体沉默。这一区别引出了研究的下一步:局部是否存在能压低末梢传递的信号?

原论文图 4末梢活动下降,胞体未见同样改变
末梢活动下降,胞体未见同样改变
原论文 Figure 4:学习后逃跑伴随 VTg–PMd 末梢钙信号下降,VTg 胞体钙信号未见同样变化;增强连接可减弱额外逃跑。
来源:Chai R et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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内源性大麻素松开抑制

研究发现,学习后逃跑开始时,PMd 附近的内源性大麻素信号上升。这类脑内产生的脂质可以通过 CB1 受体减少突触前递质释放。作用在抑制性末梢时,减少传递的结果恰好是让下游细胞更容易活跃。这里的“去抑制”包含两步:局部脂质信号压低刹车,原先被刹车限制的输出就更容易启动。同一种突触调节,因连接本身的性质而带出不同方向。

阻断局部 CB1 信号,使末梢下降的变化减弱,也削弱额外逃跑。进一步减少 VTg PV 细胞中的 CB1 受体,同样降低学习带来的增强,而基础逃跑及原气味相关回避基本不变。脂质信号参与的是经历如何调节反应强度。

原论文图 5CB1 信号参与经历后的逃跑增强
CB1 信号参与经历后的逃跑增强
原论文 Figure 5:学习后局部内源性大麻素增加;受体阻断或 VTg PV 细胞 CB1 减少,削弱末梢抑制变化或额外逃跑,基础逃跑无显著改变。
来源:Chai R et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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来自经历的调节抵达局部突触

反复威胁经历后,前额叶和 PMd 的活动相关标记增强,腹侧下托与 VTg 没有出现同样变化。研究继续追踪前额叶通往 PMd 的输入,发现增强这段输入能提高局部内源性大麻素信号。

压低这段输入,则学习后逃跑时的脂质信号增加受到削弱。前额叶并不需要直接让 VTg 胞体沉默,而是可以借助另一段突触附近的信号,改变脑桥输入对下丘脑的抑制。

原论文图 6前额叶输入调节局部内源性信号
前额叶输入调节局部内源性信号
原论文 Figure 6:增强前额叶–PMd 输入提高局部内源性大麻素信号,抑制该输入则削弱学习后的相应增加。
来源:Chai R et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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前额叶线路在两个阶段都参与

在威胁经历阶段抑制这段前额叶输入,后来的逃跑增强不再明显;已经形成经历后,在测试阶段抑制,也会削弱增强。它既参与学习过程,也参与随后把经历转化为更强动作。

但在未经相关学习的小鼠中,单独增强前额叶输入没有提高逃跑速度或次数。成年雄性小鼠的这些结果说明,先天逃跑可以被经历重新调节,前额叶、局部脂质反馈和抑制性连接共同决定这次反应会有多强。

原论文图 7前额叶输入参与学习与后续逃跑表达
前额叶输入参与学习与后续逃跑表达
原论文 Figure 7:分别在经历与测试阶段抑制前额叶投射,均影响后续增强;未经学习时,激活该投射未显著改变基础逃跑。
来源:Chai R et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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论文信息

Chai R, Wang N, Nie J, Xu Z, Zhang S, Deng S, Wang R, Li M, Gao X, Geng R, Li H, Li L, Wu H, Li Z, Cheng TL, Xu XH, Shu Y, Hong H, Huang X, Wang W.
Endocannabinoids disinhibit the ventral tegmental nucleus of Gudden to dorsal premammillary nucleus pathway to enhance escape behavior following learned threat experience
Nature communications · 2025-05-27
DOI: 10.1038/s41467-025-60080-1