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发作网络中的节点:杏仁核后部如何牵动全局

Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-10-30

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Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 研究前沿

发作网络中的节点:杏仁核后部如何牵动全局

雄鼠研究发现,杏仁核后部的兴奋性细胞连接岛叶与反馈抑制网络;减少这群细胞可减轻海马起始模型中的急性和慢性发作。

AI 概念插画:神经细胞的侧支与反馈网络

杏仁核不是一块功能完全相同的组织。它由多个核团组成,哪一部分在发作网络中承担关键作用,需要细分到具体细胞与连接。2024 年发表于 Advanced Science 的研究,将目光落在基底外侧杏仁核后部(pBLA)。这里的兴奋性细胞,一面通向能够参与发作的岛叶,一面连接能反过来抑制它的脑区。促发与制约同在一个网络中,让这个远离海马起点的节点显得格外重要。

关键发现

pBLA 兴奋性细胞参与发作产生与传播,岛叶是重要的下游环节,BNST 与 CeA 提供反馈抑制;减少 pBLA 细胞减轻受测海马起始模型的发作。

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后部细胞被激活之后

直接激活 pBLA 的谷氨酸能细胞,小鼠出现明显癫痫样放电和严重发作,部分动物死亡。作为对照,杏仁核前部同类细胞的激活没有诱发同样结果。仅仅把位置从前部移到后部,功能后果就明显不同。

研究还观察海马诱发发作时的活动。通向终纹床核(BNST)的 pBLA 细胞,钙信号与脑电放电明显同步;前部投射细胞则没有同样强的相关。激活实验与模型发作时的记录,从不同方向把后部细胞接到了发作网络中。

原论文图 1后部细胞激活与发作
后部细胞激活与发作
原论文 Figure 1:pBLA 兴奋性细胞激活引起癫痫样放电、严重发作及部分死亡。
来源:Sun YH et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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一群细胞,多个去向

pBLA 细胞向岛叶、BNST、中央杏仁核(CeA)等处发出侧支。逆向标记显示,不同目标区对应的细胞存在大量重叠。因此,在一个目标区刺激末梢,并不一定只调动这一处局部连接,还可能影响同一细胞的其他分支。

确实,刺激 pBLA 在岛叶、BNST 或 CeA 的末梢都能诱发发作,刺激在前额叶或下丘脑受测靶点的末梢则没有。团队进一步把末梢激活与接收输入细胞的激活分开比较,发现它们得到的结果并不相同。

原论文图 2侧支投射与发作相关活动
侧支投射与发作相关活动
原论文 Figure 2:pBLA 侧支投射分布及海马诱发发作中投射细胞钙活动与脑电的相关。
来源:Sun YH et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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岛叶显现出不同作用

直接激活接收 pBLA 输入的岛叶细胞,能够诱发放电与发作;直接激活 BNST 或 CeA 的对应接收细胞,却没有同样效果。减少岛叶细胞,也减轻 pBLA 激活引起的发作,减少 BNST 或 CeA 细胞则没有这种减轻作用。

为何 BNST 末梢刺激仍能诱发发作?同步记录显示,刺激这里的 pBLA 末梢,会伴随 pBLA 胞体钙活动上升,提示信号可能逆向调动上游,再通过侧支影响其他区域。岛叶的促发作用与末梢刺激的网络效应,由此得到了不同解释。

原论文图 4不同接收细胞的激活结果
不同接收细胞的激活结果
原论文 Figure 4:接收 pBLA 输入的岛叶细胞激活诱发发作,BNST 与 CeA 对应群体未见同样结果。
来源:Sun YH et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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返回上游的抑制

BNST 与 CeA 并非只有向外传播的角色。追踪显示,接收 pBLA 输入的细胞会把连接返回 pBLA,许多被返回连接标记的兴奋性细胞,也向这两个区域发送输出。网络中存在一条来回相连的路径。

脑片中激活这些返回末梢,pBLA 兴奋性细胞收到直接的 GABA 抑制性突触电流。BNST 与 CeA 因而像两处反馈刹车:上游送来兴奋性输入,下游能够把抑制送回,限制这群细胞的活动。

原论文图 6反馈连接的突触性质
反馈连接的突触性质
原论文 Figure 6:BNST 与 CeA 接收 pBLA 输入的细胞,向 pBLA 兴奋性细胞提供直接抑制性反馈。
来源:Sun YH et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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刹车缺失后的网络

减少 BNST 或 CeA 的 GABA 细胞后,小鼠逐渐出现反复散发放电与发作,部分动物在后续观察中死亡。新环境也容易伴随发作出现。失去这些细胞,网络更容易进入异常活动状态。

同时减少 pBLA 兴奋性细胞,观察期内则没有出现相应发作和死亡。这个联合干预结果,把反馈抑制的损失与 pBLA 细胞联系起来。它支持这处节点参与失衡后的发作,而不是把每个下游脑区都看作同等的促发出口。

原论文图 7反馈细胞缺失与联合干预
反馈细胞缺失与联合干预
原论文 Figure 7:BNST 或 CeA GABA 细胞缺失后出现散发发作;同时减少 pBLA 兴奋性细胞,受测观察期内未见相应发作和死亡。
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海马输入接到这一节点

向上游追踪,腹侧海马 CA1 是 pBLA 的主要兴奋性输入来源之一。激活 CA1 在 pBLA 的末梢,能够诱发癫痫样放电与发作;另外两处受测输入的激活,没有带来同样结果。

海马、杏仁核后部与岛叶,由此接成一组可以影响发作的联系;BNST 与 CeA 则为这组联系提供反馈制约。研究随后转入海马起始的癫痫模型,检验降低 pBLA 参与能否改变实际发作表现。

原论文图 8腹侧 CA1 输入与发作
腹侧 CA1 输入与发作
原论文 Figure 8:pBLA 的上游输入分布,以及腹侧 CA1 在 pBLA 的末梢激活诱发的放电和发作。
来源:Sun YH et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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远离起点,仍能影响发作

在海马诱发的急性模型里,事先减少 pBLA 兴奋性细胞,发作严重度与死亡减少。慢性模型中,海马诱发事件后再减少这群细胞,后来记录到的自发高电压尖波减少,观察期内未见全身性发作。

补充实验中,降低 pBLA 细胞活动而不移除细胞,也减轻急性模型的放电与发作严重度,但部分脑电频段的下降较弱。干预方式不同,抑制异常网络活动的程度也随之不同。

减少 pBLA 并没有清除所有异常放电。它更像网络中的重要关口,影响异常活动能否扩大到严重发作。这些发现来自成年雄性小鼠和受测海马起始模型,说明定位发作网络时,起点之外的节点与反馈连接同样值得关注。

原论文图 9急性与慢性模型中的发作变化
急性与慢性模型中的发作变化
原论文 Figure 9:pBLA 兴奋性细胞减少后,急性发作严重度和死亡降低;慢性尖波减少,观察期未见全身性发作。
来源:Sun YH et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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论文信息

Sun YH, Hu BW, Tan LH, Lin L, Cao SX, Wu TX, Wang H, Yu B, Wang Q, Lian H, Chen J, Li XM.
Posterior Basolateral Amygdala is a Critical Amygdaloid Area for Temporal Lobe Epilepsy
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-10-30
DOI: 10.1002/advs.202407525