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应激如何让运动系统更容易受损?

CNS neuroscience & therapeutics · 2023-03-13

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CNS neuroscience & therapeutics · 研究前沿

应激如何让运动系统更容易受损?

雄鼠社会挫败实验发现,直接应激加重MPTP后的部分运动障碍与黑质TH阳性细胞减少;杏仁核相关输入及下游细胞活动参与这种易感性。

AI概念图:健康小鼠与抽象神经联系,非实际实验、疾病表型或解剖图

同样面对一种损伤因素,大脑是否会因此前的应激经历而表现不同?2023年3月13日发表于 CNS Neuroscience & Therapeutics 的研究,在雄鼠中把社会应激放在MPTP神经毒素暴露之前,随后观察运动表现与黑质细胞标记。MPTP模型常被用于研究帕金森病相关的运动系统损伤。团队发现,直接经历社会挫败的小鼠,对后续毒素的部分影响更敏感;沿着杏仁核中央核(CeA)与黑质致密部(SNc)的联系,他们进一步考察了应激信息怎样与运动系统的易感性相遇。

关键发现

应激经历、CeA输入相关活动与SNc标记细胞操控共同指向一条易感性关联;干预在应激或毒素暴露期间进行。

阅读目录 · 6个部分

直接经历与旁观经历,行为并不相同

团队比较直接受到社会攻击的小鼠、旁观同类经历攻击的小鼠和对照。两类应激组在开放场中央停留及社交接近上都有变化;直接应激组还在高架十字迷宫开放臂停留更短,悬尾与强迫游泳不动时间更长。

旁观组在高架迷宫与不动时间的比较未显著变化。直接应激组同时出现回避和不动变化,旁观组的变化更多集中于中央区及社交接近。不同经历留下了不同的行为组合。这种差别让研究者可以比较:哪类应激背景,会伴随更明显的后续运动损伤?

原论文图 1直接经历与旁观经历,行为并不相同
直接经历与旁观经历,行为并不相同
原论文 Figure 1:应激行为、后续MPTP运动表现与TH阳性细胞计数;直接应激加重部分毒素相关结果。
来源:Cai H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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后续毒素暴露,把易感性的差别显露出来

MPTP之后,直接应激组在转棒上更早掉落,爬杆表现也比接受同样毒素的对照组更差。SNc的TH阳性细胞计数更低,邻近腹侧被盖区(VTA)的这项计数则没有显著变化。转棒任务观察平衡与协调,开放场记录自发移动,两者从不同角度描绘运动表现。TH是多巴胺相关细胞标记,计数反映的是标记阳性细胞的观察结果。

旁观组在受测的毒素前后比较中,没有出现同样明确的运动与SNc计数差别。运动项目也并非全部一致,例如台沿测试没有显示直接应激进一步加重毒素效应。易感性体现在若干具体指标,而不是所有动作都同步恶化。

追踪上游输入,杏仁核进入视野

从SNc的TH相关细胞向上游追踪,应激组在CeA、未定带与黑质网状部中有更多标记细胞。CeA参与应激与厌恶相关信息处理,因此成为后续重点。它的标记数量增加,提示与SNc相关的上游输入图谱发生变化。

这张标记图谱把应激后的变化落实到与SNc目标相连的上游细胞。未定带和黑质网状部的变化也提醒人们,这个网络还有其他参与者;本文随后集中检验CeA相关联系,并没有逐一操控所有改变的输入。

原论文图 2追踪上游输入,杏仁核进入视野
追踪上游输入,杏仁核进入视野
原论文 Figure 2:全脑逆行输入示踪显示,应激组CeA、未定带和黑质网状部的标记数量增加。
来源:Cai H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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再次面对攻击者,相关细胞信号更强

团队记录了CeA中与SNc的TH相关目标相连的细胞群。社交测试中,当攻击性小鼠位于互动区域时,直接应激组在该区域对应的平均钙信号高于对照。经历过挫败的动物,再次遇到这种社交对象时,相关输入群体的活动也随之改变。

这组记录把社交对象、动物所处的位置与相关细胞活动放到同一段经历中。接下来,研究把观察转向操控:改变SNc内CeA输入相关标记细胞的活动,再看运动与细胞计数如何变化。

原论文图 3再次面对攻击者,相关细胞信号更强
再次面对攻击者,相关细胞信号更强
原论文 Figure 3:SNc目标相关CeA细胞群的钙活动,在直接应激组社交互动区域对应位置更高。
来源:Cai H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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增强下游细胞活动,加重部分损伤指标

在没有这套社会应激的小鼠中,团队于毒素暴露期间增强SNc内CeA输入相关标记细胞的活动。小鼠移动路程减少,转棒停留缩短,SNc的TH阳性计数更低,VTA计数基本不变。这一方向与直接应激后的部分结果相呼应。

这里改变的是下游SNc细胞,记录实验观察的则是上游CeA群体。两个层面的结果共同支持这段联系参与易感性,但并未直接测定整条通路的突触电流或每类接收细胞的作用。

原论文图 4增强下游细胞活动,加重部分损伤指标
增强下游细胞活动,加重部分损伤指标
原论文 Figure 4:毒素暴露期间增强CeA输入相关SNc标记细胞活动,改变移动与转棒表现并降低SNc TH阳性计数。
来源:Cai H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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应激期间降低活动,结果改善却并不全面

反向实验在社会应激形成期间抑制同类SNc标记细胞,随后再给予MPTP。之后的小鼠在转棒上停留更久,爬杆与台沿表现改善,SNc保留更多TH阳性细胞;VTA计数没有显著变化,开放场移动路程也没有显著恢复。

这些选择性的改善把运动协调、活动路程和组织标记区分开来,也把应激形成阶段与损伤发生后的干预区分开来。研究主要使用成年雄鼠,并筛除了社交测试中的抗应激个体;结论对应这套应激与毒素模型,为理解情绪相关输入如何影响运动系统易感性提供了实验线索。

原论文图 5应激期间降低活动,结果改善却并不全面
应激期间降低活动,结果改善却并不全面
原论文 Figure 5:应激期间抑制相关SNc标记细胞后,后续部分运动指标及SNc TH阳性计数改善,移动路程与VTA计数无显著变化。
来源:Cai H et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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论文信息

Cai H, Zhang P, Li T, Li M, Zhang L, Cui C, Lei J, Yang J, Ren K, Ming J, Tian B.
Amygdalo-nigral circuit mediates stress-induced vulnerability to the parkinsonian toxin MPTP
CNS neuroscience & therapeutics · 2023-03-13
DOI: 10.1111/cns.14151