Neuron：应激的坏处真不少！可通过抑制外侧僵核突触传递来损坏奖赏介导的认知功能
Neuron：应激通过抑制外侧僵核突触传递进而损坏奖赏介导的认知功能
对奖赏的追求会促进与奖赏关联的目的导向行为发生，这个行为的调节依赖认知处理过程，也是认知功能的重要体现。应激在破坏机体自身稳态性的同时，也损害奖赏导向的认知功能。前额皮层脑区参与认知过程，是与认知功能密切相关的脑区。但是关于皮层下区域在认知过程的调节中具体有什么作用还不清楚。
外侧僵核（lateral habenula，LHb）是与奖赏行为和情绪调节的关键脑区，负责将奖赏以及厌恶信号传递至中脑边缘系统。与此同时，也有证据显示LHb通过影响小鼠决策行为以及空间记忆的提取进而参与认知过程。应激增加LHb脑区神经元活性，促进突触长时程改变，这些细胞水平的功能改变是心境障碍疾病行为表现的作用分子基础，而应激导致的决策行为受损同样也是焦虑症和抑郁症等精神疾病的重要表现。
在此背景下，来自瑞士洛桑大学的研究人员于2021年02月02日在Neuron上面发文，研究LHb脑区神经元突触可塑性与应激诱导的奖赏导向的认知受损行为之间的关系。
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1. LHb脑区神经元兴奋性突触传递可预测小鼠在奖赏关联的目的导向行为中的表现
图1 LHb脑区神经元兴奋性突触传递指示小鼠T迷宫任务中的认知表现
作者首先利用T迷宫结合食物奖赏建立T迷宫奖赏关联的目的导向行为范式。T迷宫一侧臂中放入食物，另一侧臂中未放入食物。实验分为训练阶段和测试阶段。小鼠首先在第一天进行适应，一周后将两侧臂调换过来，进行正式检测。与适应阶段相比，小鼠花更少的时间进入有食物的臂，提示目的导向行为范式建立成功，后续将小鼠把头探向没有放置食物的臂的次数作为评价指标，用选择错误（Errors）进行表示。
通过LHb脑区注射腺相关病毒在神经元中表达GCaMP6f，在体钙影像结果提示小鼠在进行错误选择时神经元出现瞬时活性增高。而通过腺相关病毒表达光敏蛋白JAWS，在小鼠进行错误选择时，通过光遗传学的手段失活神经元则增加了小鼠Errors次数。进一步地，作者在离体脑片水平通过膜片钳记录发现，AMPA/NMDA比值（反应兴奋性突触传递强度）与小鼠Errors次数呈现负相关性。这些结果说明了LHb脑区神经元活性对小鼠目的导向行为具有指示作用，即神经元活性的增强有助于小鼠在目的导向行为中进行正确的选择。
2. 急性应激损伤小鼠认知功能同时减弱LHb脑区兴奋性突触传递
图2 急性应激损伤认知功能并降低LHb脑区神经元AMAPR介导的突触传递
应激影响认知功能以及LHb脑区神经元突触传递，因此，作者进一步检测应激是否对奖赏关联的目的导向行为具有类似的作用。在适应阶段之后，急性应激（足底电击）增加了小鼠在测试阶段Errors次数并且降低在体钙影像荧光强度。类似地，离体电生理也显示急性应激进一步降低了AMPA/NMDA比值，免疫荧光则进一步证明了兴奋性突触传递降低与GluA1在突触后表达降低有关。
3. 急性应激导致的LHb脑区AMPAR可塑性变化的环路基础
图3 急性应激抑制LHb脑区AMPAR介导的突触传递没有环路特异性
LHb脑区接受来自外侧下丘脑（LH）、脚内核（EPN）、基底神经节、终纹床核（BNST）以及腹内侧被盖区（mVTA）等脑区的兴奋性谷氨酸能投射。为进一步研究应激导致的LHb脑区神经元突触传递抑制是否具有投射特异性，作者在LH、EPN、BNST以及mVTA等脑区分别注射顺行示踪病毒，上述脑区在LHb脑区均有明显的投射纤维末梢，且被绿色荧光蛋白标记。后续在LHb脑区投射纤维末梢附近进行电生理记录，用以研究特异性投射中兴奋性突触传递功能。结果显示，在上述所有投射至LHb的环路中，急性应激均可抑制AMPAR介导的突触传递，即这种现象广泛存在于LHb脑区，并没有环路特异性。
4. 急性应激抑制突触传递与认知功能受损之间具有因果关系
图4 抑制以及增强LHb脑区神经元AMPAR介导的突触传递可分别模拟和改善应激导致的认知功能受损
前面的研究发现LHb脑区神经元兴奋性突触传递减弱与目的导向行为中的选择错误数增高具有相关性，但是并没说明两者之间是否具有直接调控关系。为了进一步论证这个问题，作者首先采用化学遗传学手段在LHb脑区表达hM3Dq，通过腹腔注射CNO，慢性激活LHb脑区神经元，一方面可减低AMPA/NMDA比值，同时也增加小鼠在测试阶段Errors次数。
Rac1是小GTPases家族中成员之一，具有增强AMPAR表达以及功能的作用。作者进一步通过腺相关病毒在LHb脑区表达光激活的Rac1，在测试前40分钟之内，采用473 nm的蓝光照射，对Rac1进行时空特异性调控。研究发现，通过过表达Rac1增强AMAPR介导的兴奋性突触传递可逆转急性应激导致的认知功能受损。
5. 总结
本文利用T迷宫结合食物奖赏建立T迷宫奖赏关联的目的导向行为范式，结合在体钙成像以及离体膜片钳等技术研究发现LHb脑区神经元活性增高（表现为AMPAR介导的兴奋性突触传递增强）有助于小鼠维持正常的认知功能，而急性应激通过降低突触区域GluA1表达，进而减弱AMPAR介导的兴奋性突触传递，最终损伤认知功能。
参考文献
编译：金刚（brainnews创作团队）
校审：Sheena/Van（brainnews编辑部）
Science：共情研究新突破，斯坦福大学团队发现传递疼痛和恐惧的两条特异性神经环路