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痒了很久,为什么连探索也变得小心?

Science advances · 2024-08-16

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Science Advances · 研究前沿

痒了很久,为什么连探索也变得小心?

慢性瘙痒模型中,丘脑—外侧隔核—下丘脑的一条联系参与回避行为;抓挠与焦虑样表现,能够沿着不同环节被调节。

原论文图6B局部:投向下丘脑的外侧隔核细胞叠加荧光标记

痒是一种催促人去抓的感觉,持续的痒却可能把影响带到皮肤之外。动物不断抓挠时,对开阔环境的探索也会改变。2024年8月16日发表于 Science Advances 的研究,在慢性瘙痒小鼠中追踪了这种感觉与行为的联系。团队发现,丘脑联合核Re、外侧隔核LS与下丘脑外侧区LH之间的回路,参与慢性瘙痒背景下的焦虑样回避。沿着不同位置干预,有时能同时减少抓挠和回避,有时只改善回避,让两类表现的联系与分工逐渐显露。

关键发现

慢性瘙痒伴随Re至LS兴奋性传递增强。LS至LH的抑制性连接及Re—LS—LH连接参与回避行为,而相同干预对束缚应激产生的回避未显示显著改善。

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持续的痒,逐渐伴随更少的开放探索

在DCP皮肤处理模型中,反复抓挠先出现。持续挑战一周时,小鼠在开放场中心停留较少,但高架十字迷宫的开放臂指标没有显著变化;持续两周后,两类任务中的回避表现都更明显。总运动距离等对照指标没有显著差异。

结束挑战一周后,抓挠和相关回避指标的组间差异不再显著。减少脊髓瘙痒相关输入,也能同时改善两类表现。这些结果把持续瘙痒与开放环境中的回避联系起来,并显示它们会随着模型状态变化。

原论文图 1慢性挑战与行为时间进程
慢性挑战与行为时间进程
图1比较挑战一周、两周及停止后:一周的迷宫指标不显著,两周后两个任务均呈现变化。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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进入开放区域时,这群细胞更活跃

LS的GABA能细胞在慢性瘙痒条件下更容易放电,所受自发兴奋性电流的幅度增加,频率却没有显著改变。活体记录中,小鼠从闭合臂进入开放臂时,LS细胞钙响应在瘙痒组更强。细胞的状态变化与环境探索发生了联系。

抑制这群细胞后,开放场中心停留和迷宫开放臂探索改善,抓挠却没有显著减少。与单次抓挠起点对齐时,群体活动也没有清晰的响应变化。LS在这里更突出地参与慢性瘙痒伴随的回避,而不是每一次抓挠动作。

原论文图 2LS活动与回避干预
LS活动与回避干预
图2展示LS细胞兴奋性、开放臂相关响应与抑制后的行为变化;兴奋性电流幅度增加,频率未显著改变。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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上游对抓挠敏感,却并非控制同一件事

追向上游,团队把目光放到丘脑Re。这里的兴奋性细胞在抓挠开始时活动升高,但进入开放臂时没有显著响应。抑制较广泛的Re兴奋性群体,抓挠减少,开放场与迷宫回避指标却没有显著改善。

同时,抑制Re会减弱LS在进入开放臂时的响应。上游活动能够影响下游,整体脑区干预与具体投射干预呈现出不同的行为结果。为理解回避调节,研究进一步聚焦Re与LS之间的具体连接。

原论文图 3Re活动、抓挠与LS响应
Re活动、抓挠与LS响应
图3显示Re群体抑制减少抓挠,回避指标未显著改变,同时LS开放臂响应减弱。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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通向LS的这一路,在慢性瘙痒中增强了

投向LS的Re细胞,在瘙痒模型中更容易放电;Re输入引起的LS突触响应,AMPA与NMDA受体电流比值升高,成对脉冲比值没有显著改变。变化由此落到一条具体的兴奋性联系上,提示其突触传递发生适应。

抑制Re输入所联系的LS细胞,或在LS局部压低Re末梢作用,都使抓挠减少、开放探索改善,总运动指标没有显著改变。投射层面的结果与整个Re群体干预有所不同,也让慢性瘙痒如何连接感觉与行为有了更具体的线索。

原论文图 4Re至LS适应与定向干预
Re至LS适应与定向干预
图4连接投射细胞兴奋性、突触电流比值与行为干预;两种定向抑制均减少抓挠并改善回避。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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束缚产生的回避,没有沿用同样的变化

研究还比较了急性和反复束缚应激。虽然这些小鼠也表现出较少的开放探索,投向LS的Re细胞兴奋性却没有显著增强,抑制相关连接也未显著改善回避。慢性瘙痒条件下有效的干预,在这些应激情境中没有带来相同结果。

相反,所测试的前额叶至LS联系抑制,能改善急性束缚相关回避,却未显著改变DCP模型中的抓挠和回避。相似的行为表现,可能由不同来源的输入推动;辨认具体情境,是理解回路作用的一部分。

原论文图 5急性束缚与Re至LS干预
急性束缚与Re至LS干预
图5显示急性束缚后的回避,以及相关Re至LS干预无显著改善;反复束缚结果见原文补充资料。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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LS把抑制信号送向下丘脑

LS的GABA能细胞与LH形成直接抑制性连接。慢性瘙痒中,投向LH的LS细胞活化标记增加;在LH局部抑制这路末梢后,小鼠增加开放场中心停留和迷宫开放臂探索,抓挠次数却没有显著改变。

与上游Re至LS干预相比,这个下游环节更清楚地分开了抓挠与回避。动物仍然会抓,却在所测环境中变得更愿意探索。感觉输入与行为状态相互联系,也能在不同输出环节呈现不同作用。

原论文图 6LS至LH连接与回避改善
LS至LH连接与回避改善
图6展示直接抑制性连接、投射细胞活化及末梢干预;回避改善而抓挠未显著减少。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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抑制性细胞,也会抑制另一群抑制性细胞

LH中接收LS输入的细胞,相当一部分也属于GABA能群体。功能记录显示,GABA能细胞中收到抑制输入的比例更高,输入幅度的组间差异却不显著;非GABA能细胞同样存在连接。这个偏向揭示了局部组织方式,但并非唯一的连接类型。

激活接收LS GABA能输入的LH细胞群后,开放场中心停留和迷宫开放臂时间增加,抓挠没有显著改变。这与LS抑制性输入参与回避调节的解释相呼应。至于进一步怎样改变LH其他细胞,原文提出了去抑制的可能机制。

原论文图 7LH细胞类型与激活干预
LH细胞类型与激活干预
图7比较不同细胞的连接,并显示LH接受细胞群激活改善中心停留和开放臂时间;中心运动距离未显著改变。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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串起两端,看见回避调节的一个交汇点

最后,团队在LS中定位同时接收Re输入、又投向LH的细胞。这群细胞可接收Re的兴奋性作用;抑制它们后,开放场中心停留及中心距离增加,迷宫开放臂时间也增加,抓挠和开放臂进入次数则没有显著变化。

持续的痒与谨慎探索之间,因而出现了一条具体的Re—LS—LH联系。研究让慢性瘙痒背景中的感觉与情绪样行为有了回路层面的解释,也留下了进一步的问题:脊髓信号如何抵达Re,LS中哪些分子亚群承担这一作用,以及这些连接在其他瘙痒状态中怎样变化。

原论文图 8Re输入与LH输出交汇的LS细胞
Re输入与LH输出交汇的LS细胞
图8结合连接定位与交叉选择性抑制:部分回避指标改善,抓挠与开放臂进入次数未显著改变。
来源:Guo SS et al. · Science advances · CC BY-NC
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论文信息

Guo SS, Gong Y, Zhang TT, Su XY, Su XY, Wu YJ, Yan YX, Cao Y, Song XL, Xie JC, Wu D, Jiang Q, Li Y, Zhao X, Zhu MX, Xu TL, Liu MG.
A thalamic nucleus reuniens-lateral septum-lateral hypothalamus circuit for comorbid anxiety-like behaviors in chronic itch
Science advances · 2024-08-16
DOI: 10.1126/sciadv.adn6272