Nature Neurosci文献精读：调节焦虑可降低社会攻击性以及促进父母养育行为
焦虑是一种负面情绪状态，通常表现在焦虑症和抑郁症中。
压力应激后诱发的焦虑是一种适应性反应，可以帮助动物保持谨慎并更好地应对潜在威胁。然而，焦虑有时也呈现为一种病理状态，如是创伤后应激障碍和重度抑郁症，受试者会表现出过度或持续恒定的焦虑。
由于现代社会生活和工作压力的增加，焦虑症正变得越来越普遍，为了改善焦虑症的现有治疗方法或开发新的治疗策略，必须全面了解控制这种情绪状态的神经回路。以往研究认为焦虑是由大脑中广泛分布的神经网络控制，近期研究表明杏仁核和终纹床核（the Bed Nucleus of the Stria Terminalis，BNST）在焦虑样行为中起重要作用。尽管有这些研究，我们对焦虑网络中涉及到的关键结构和神经环路仍不清楚。
在此背景下，来自美国南加州大学Huizhong Whit Tao和Li I. Zhang团队于2021年2月在Nature Neuroscience上发文，研究内侧视前区（medial Preoptic Area, mPOA）在应激应激诱导的焦虑样行为中的作用，此脑区具有明显的雌雄差异，以前在焦虑相关环路中从未被研究过。
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1.应激激活mPOA脑区中的谷氨酸能神经元
诱导负性焦虑样行为
首先，作者给予小鼠不同的物理应激，如强迫游泳，电热板或足底电击，1小时后通过焦虑行为评价实验，开场实验（OFT）和高架十字迷宫（EPM）检测发现，实验组小鼠在OFT中心区和EPM开臂区探索的时间减少，表明暴露于应激后的小鼠焦虑样行为增加。
接着，作者通过c-Fos染色检测应激后哪些大脑区域表现出急性或长期活动。结果显示应激后动物的mPOA、杏仁核、BNST和中央导水管周围灰质（Periaqueductal Gray, PAG）中的c-Fos表达均升高。通过c-Fos和囊泡谷氨酸转运体2（Vesicular-glutamate transporter 2, Vglut2）共定位发现mPOA脑区激活的神经元中80%是谷氨酸能神经元。
图1 环境应激引起mPOA的谷氨酸神经元激活和小鼠焦虑样行为
接下来，通过将GCaMP6s病毒注射到Vglut2-Cre小鼠的mPOA脑区中，作者发现所有测试应激源均可引起钙信号增加。通过光遗传学激活Vglut2神经元，电击组的神经元自发放电速率提高，并持续了4h，与应激暴露后焦虑状态维持4h的行为结果一致。这些结果表明，环境应激可引起mPOA的谷氨酸神经元激活和小鼠焦虑样行为。
2.谷氨酸能mPOA神经元可介导焦虑样行为
作者通过光遗传学和化学遗传学测试谷氨酸能mPOA神经元是否参与应激诱导的焦虑样行为，研究其激活或失活状态下对焦虑样行为的影响。
首先，通过光遗传学（ChR2）直接激活Vglut2-Cre小鼠的mPOA脑区的谷氨酸神经元，同时结合双室（LED-on/LED-off）的实时位置偏好试验（PPT）观察到表达ChR2的动物在LED-on中的时间比GFP对照组少得多。此外，暴露于LED刺激下24小时后，即使未施加LED灯，动物仍表现出避开LED-on的能力，表明mPOA神经元的激活可以促进条件性避让。
连续LED光脉冲（10 Hz）的激活减少了旷场实验的中心时间和高架十字迷宫的开臂时间，引起瞳孔扩张和运动增加，但无性别差异和位置特异性。同样，化学遗传学（hM3Dq）激活mPOA的谷氨酸能神经元会减少旷场实验的中心时间和高架十字迷宫的开臂时间。这些行为模式提示了表达ChR2和表达hM3Dq实验组的一种高唤醒水平，提示小鼠的焦虑样行为出现和警惕性升高。
图2 激活mPOA谷氨酸能神经元可增强焦虑样行为
其次，作者使用化学遗传学以及光遗传学技术沉默Vglut2-Cre鼠的mPOA谷氨酸能神经元，结果表明，动物在OFT中心区和EPM开臂区探索的时间要更长，这些结果表明，抑制mPOA谷氨酸能神经元能减轻应激源诱导的小鼠焦虑样行为。
图3 沉默mPOA谷氨酸能神经元可以减少应激诱导的焦虑行为
3.mPOA拮抗社会压力引起的焦虑和父母行为
此前，有报道称mPOA与社会行为（如养育、狩猎和交配）有关。接下来，作者将进一步解答、mPOA是否在社交引起的焦虑中起作用。作者将一只较年轻的雄性成年小鼠（入侵者）或一只外来幼崽放入常驻一只未交配过的雄性小鼠笼中，发现常驻雄鼠焦虑样行为增加，包括旷场实验的中心时间和高架十字迷宫的开臂时间减少。
光纤光度法记录钙信号发现常驻雄鼠的mPOA谷氨酸能神经元钙活性大幅增加。相反，当常驻雄鼠和雌性入侵者相互作用或常驻雌鼠和外来幼崽相互作用时，钙活性未改变。光遗传学抑制该类神经元后可缓解社会应激引起的焦虑样行为。并且，在幼崽暴露期间，mPOA谷氨酸能神经元的光遗传学抑制极大地减少了对幼崽的定向攻击并增加了对幼崽理毛时间（即育儿能力增强）。
总之，这些结果提示当焦虑状态得到抑制时，社会攻击性会降低，促进父母养育行为。因此，mPOA介导的情绪状态与社会行为紧密相关。
图4 mPOA谷氨酸能神经元拮抗调节社会压力诱导的焦虑和父母行为
4.mPOA介导焦虑样行为的环路途径
作者接下来进一步探索了mPOA的下游靶点。首先，通过注射GFP病毒到mPOA谷氨酸能神经元追踪轴突，发现细胞可投射到中脑导水管周围灰质（PAG），下丘脑外侧区和上乳头体三个区域。将AAVretro-Cre注射到Cre依赖性tdTomato报告基因（Ai14）小鼠的PAG脑区，发现mPOA脑区可被逆行标记。
首先，光遗传学（ChR2）激活mPOA谷氨酸神经元发现这些细胞投射到了PAG，PAG神经元被LED刺激诱发了兴奋性突触后电流（EPSC），并且焦虑样行为增加，包括避开LED-on、增加运动、减少旷场实验的中心时间和高架十字迷宫的开臂时间，表明PAG神经元能接收来自mPOA的直接兴奋性输入。此外，向PAG脑区注入AAVretro-Cre的同时，向mPOA脑区注入编码ChR2的病毒；向PAG脑区注入编码ChR2的病毒的同时，向mPOA脑区注入AAV-hSyn-Cre，这两个实验均可导致小鼠的焦虑样行为。
以上结果证明mPOA到PAG输出途径调控应激诱导的焦虑样行为。此外，作者又进一步研究了谷氨酸能mPOA→腹侧被盖区（VTA）通路是否参与调节焦虑。结果发现谷氨酸能mPOA→腹侧被盖区（VTA）的轴突数量稀疏。以上说明mPOA谷氨酸能神经元主要通过投射到PAG来增强焦虑样行为。
图5 mPOA到PAG途径调控应激诱导的焦虑样行为
5.mPOA的GABA能神经元
与mPOA的谷氨酸神经元起相反的作用
由于约50%的mPOA神经元是GABA能神经元，因此，作者进一步检测GABA能神经元是否也在焦虑样行为中发挥作用。使用Slc32a1-Cre (Vgat-Cre)小鼠，刺激GABA能的mPOA神经元能产生LED-on位置偏好（即正价），并且增加了旷场实验的中心时间和高架十字迷宫的开臂时间。这些神经元的激活还增强了雌性小鼠的养育行为，同时减少了雄性小鼠对幼崽定向攻击。
此外，作者检测到强光诱发的单突触抑制性突触后电流（IPSC），说明激活GABA能神经元可以局部抑制谷氨酸能神经元和向PAG发送抑制性投射。并且GABA能神经元向PAG神经元提供了直接的抑制性输入。最后，作者通过细胞类型特异性逆行追踪实验，发现mPOA可能整合了来自LS、BNST和PVN等多个脑区的信息输入，进而调节焦虑行为
图6 GABA能mPOA神经元在调节焦虑和父母行为中起相反的作用
结 论
综上，本文揭示了mPOA谷氨酸能神经元和GABA能神经元在环境应激和社交应激下引起的焦虑样行为和父母养育行为中发挥关键但相反的作用，即谷氨酸能神经元增强了类似焦虑的行为，同时减少了父母养育行为，GABA能神经元则相反，其不仅通过局部抑制谷氨酸能神经元，而且通过向PAG输入抑制性投射方式，拮抗谷氨酸能神经元的方式调节焦虑和养育行为。mPOA是协调焦虑和养育行为的关键中心，是治疗焦虑症的潜在靶标。
参考文献
Zhang GW, Shen L, Tao C, Jung AH, Peng B, Li Z, et al. Medial preoptic area antagonistically mediates stress-induced anxiety and parental behavior. Nature neuroscience. 2021 Feb 1.
doi: 10.1038/s41593-020-00784-3. Online ahead of print.
编译作者：Ivy（brainnews创作团队）
校审：VAN（brainnews编辑部）