Nat Commun︱女性更容易酗酒？缓解男女酗酒和焦虑行为的神经环路新发现：丘脑室旁核-终纹床核

撰文︱赵新月

责编︱王思珍

酒精使用障碍（alcohol use disorder）与包括焦虑症在内的其他神经精神疾病共患病程度很高，与男性相比，女性对这种共患病的易感性更高（女性为61%、男性为35%）。酗酒是这些疾病发展的主要风险因素，不同哺乳动物的雌性表现出更强的酗酒行为，并且比雄性更快地从第一次饮酒转变为疾病状态[1,2]。

终纹床核（the bed nucleus of the stria terminalis，BNST）是人类焦虑和酒精使用障碍的脑回路中枢，在哺乳动物中具有高度的两性差异[3,4]。BNST富含合成和释放促肾上腺皮质激素释放因子（corticotropin-releasing factor，CRF）的神经元，CRF是一种压力神经肽，参与焦虑和成瘾障碍的发展和维持，BNST^CRF神经元的激活驱动酒精动暴饮行为并产生焦虑[5,6]。BNST在解剖学上与丘脑室旁核（the paraventricular nucleus of the thalamus ，PVT）相连，该区域同样与酒精使用障碍的病因学以及包括焦虑在内的相关行为有关[7-10]。然而目前控制BNST^CRF神经元功能的上游兴奋性回路及其在饮酒和焦虑中的作用，知之甚少。人类神经影像学研究表明，女性丘脑和BNST之间的功能联系比男性更为紧密，酗酒青少年的丘脑投射力降低。这一系列证据提示PVT-BNST投射可能通过调节BNST^CRF神经元从而促进男女有别（即性别依赖）的行为，比如酒精使用。

近期，在以“The paraventricular thalamus provides a polysynaptic brake on limbic CRF neurons to sex-dependently blunt binge alcohol drinking and avoidance behavior in mice”为题发表在Nature Communications的最新论文中，美国康奈尔大学威尔康奈尔医学院医的Kristen E. Pleil课题组与合作者系统研究了雄鼠和雌鼠PVT-BNST^CRF环路的解剖和功能结构，并探究了它在酗酒和焦虑行为中的作用及酒精诱导的可塑性，发现了一个复杂的前馈抑制性PVT^VGLUT2-BNST^CRF回路，其功能、行为作用和酒精诱导的可塑性都依赖于性别（雌雄有别）。

作者首先研究了不同性别酒精狂饮和BNST^CRF神经元兴奋之间的关系。通过应用一种酒精狂饮C57BL/6J小鼠模型——the Drinking in the dark（DID）[11,12]，发现雌性小鼠始终比雄性消耗更多的酒精，接着使用全细胞膜片钳对BNST^CRF神经元进行了记录，统计了基础状态下的激活的BNST^CRF神经元的数量，发现该数量雌鼠是雄鼠的2.5倍。雌鼠中释放自BNST^CRF神经元的谷氨酸（而不是γ-氨基丁酸）也比雄鼠多，这致使雌鼠BNST^CRF神经元的突触更加兴奋。这些结果提示雌性BNST^CRF神经元活性足够高则可以有效抑制酒精狂饮行为（图1）。

图1 雌鼠表现出更高的饮酒量和更强的BNST^CRF神经元兴奋性

（图源：Olivia B. Levine, et al., Nat Commun, 2021）

图2 PVT到BNST有密集的谷氨酸能投射

（图源：Olivia B. Levine, et al., Nat Commun, 2021）

因此，接下来，作者通过病毒单侧逆向追踪技术，研究了BNST^CRF神经元的兴奋性和兴奋性增强是否与雌性加强酒精摄入有关。首先结果显示PVT ^VGLUT2神经元驱动酒精暴饮行为，而不改变更普遍的奖赏寻求行为或焦虑（图2），提示PVT向BNST 提供了更致密的谷氨酸能投射。接着，为了确定神经元的PVT^BNST环路和突触后反应是否存在性别差异，作者向CRF-cre小鼠的PVT注射了通道视紫红质（ChR2）病毒，并使用全细胞膜片钳记录了BNST^CRF神经元活动，发现雌鼠BNST中的释放自PVT末端的谷氨酸的含量高于雄鼠，提示雌鼠PVT-BNST投射对BNST^CRF神经元提供了更强的突触抑制作用（图3）。而且作者也发现，雌鼠的PVT输入容易释放谷氨酸，而雄鼠的PVT输入释放谷氨酸的概率较低，但可能更容易在重复刺激下增强突触可塑性（图4）。总之，以上结果表明来自室旁丘脑的强大神经投射调节BNST^CRF神经元。 

图3 PVT-BNST投射提供了对神经元的多突触抑制

（图源：Olivia B. Levine, et al., Nat Commun, 2021）

图4 PVT对BNST^CRF神经元的抑制作用（oPSCs：光激诱发抑制性突触后电位；oPSPs：光激诱发突触后电位）

（图源：Olivia B. Levine, et al., Nat Commun, 2021）

考虑到离体PVT^BNST传入激活对BNST^CRF神经元兴奋性的抑制作用，研究人员通过使用多重化学遗传对行为过程中的PVT^BNST神经元进行双向和独立操纵[13]，以评估PVT^BNST环路在酒精暴饮和焦虑样行为中的作用。结果发现PVT^BNST通路的激活足以抑制一部分雄鼠的酒精暴饮行为。由于BNST^CRF神经元在雌鼠中对PVT^BNST输入表现出较大的突触后反应，因此降低PVT^BNST输入的活性可能会导致BNST ^CRF神经元更强的去抑制作用，从而进一步增强暴饮。该实验室以往的工作表明BNST ^CRF神经元活动引发焦虑，同时PVT脑区调节情绪行为[14]。因此，文章作者同时探讨了PVT^BNST环路是否在焦虑样行为中起作用。经过激活该神经环路后发现当BNST^CRF神经元活性高时，激活PVT^BNST突触制动足以减少焦虑样行为。总之，这些结果表明PVT^BNST投射在酒精暴饮行为中起着独特的抑制作用，这种作用不依赖于对药物摄入的一般奖赏或厌恶方面的调节，这些调节先前被证明是由PVT的其他主要边缘输出（如伏隔核）介导的（图5）。

图5 PVT^BNST投射依赖于性别来调节暴饮和回避行为（EPM：高架十字迷宫；OF：矿场试验；CNO和SalB：Gi蛋白偶联只由特定药物激活受体（Gi-DREADD ）的激活剂）

（图源：Olivia B. Levine, et al., Nat Commun, 2021）

最后，作者研究了反复暴饮酒精后这一回路的性别依赖性的可塑性，以了解停药期间PVT^VGLUT2-BNST ^CRF环路是否有变化，这种变化可能会加速或增加疾病的易感性。结果发现，DID模型经历3次酒精狂饮后的第24小时，处于激活状态的BNST^CRF神经元的比例在雄鼠酒精狂饮后增加，有趣的是，有酒精暴露史的雌鼠这一比例并未改变，这表明反复酒精暴露对BNST^CRF神经元兴奋性的主要影响是在群体水平上的活动，伴随着雄性发展出一种类似于雌性的表型。值得注意的是，在所有的组中都观察到了一系列的神经活动模式，大部分是内在兴奋性和电流注入在雄性和雌性之间没有区别，并且在暴露于酒精后也没有改变，这表明反复酒精暴露对BNST^CRF神经元兴奋性的主要影响表现在神经元水平上的活动，并且雄性发展成类似雌性的表型（图6）。

图6 有自愿暴饮的病史的雄性小鼠BNST^CRF神经元中会诱发类似雄性小鼠的表型

（图源：Olivia B. Levine, et al., Nat Commun, 2021）

作者进一步检测了BNST ^CRF神经元的PVT诱发突触后反应的可塑性，发现在增加了LED功率后，酒精暴露对原始振幅没有显著影响。在酒精暴露后，尽管雄鼠神经元的兴奋性突触电流与抑制性突触后电流的比值总体上保持了抑制性平衡（即PVT介导的兴奋增加与多突触抑制增加相一致），但在雌性中BNST^CRF神经元的PVT传入神经激活的净抑制效应减弱。总的来说，由于PVT^VGLUT2-BNST^CRF突触的基础差异和可塑性差异，以及BNST^CRF神经元对高度活跃的PVT神经元反应的差异，性别和反复酒精暴饮对BNST^CRF神经元群体的活性有影响（图7）。 

图7 在雄性小鼠PVT-BNST^CRF突触中，有自愿暴饮史会诱发类似雄性小鼠的表型

（图源：Olivia B. Levine, et al., Nat Commun, 2021）

文章结论与讨论，启发与展望该文章发现雌性小鼠表现出比雄性小鼠更强的酒精暴饮行为，并且与雄性相比，雌性小鼠的神经紧张性更强，接受的兴奋性突触输入也增加。同时进一步证明，PVT在两种性别中向BNST提供了密集的兴奋性输入[16]，且在雌鼠中比雄鼠中功能更强，这与人类丘脑输出的神经影像学研究一致。虽然PVT谷氨酸神经元直接投射到BNST^CRF神经元上，但它们也通过募集中间神经元对该群体提供了强有力的前馈抑制，对BNST ^CRF神经元兴奋性提供了突触“刹车”；这种前馈抑制也被报道用于其他PVT投射（例如伏隔核和、枢投射杏仁核）[17]以调节雄性的食欲、药物和恐惧相关行为[18]。相比之下，该文章发现PVT^BNST环路在酗酒中起着依赖于性别但相反的作用，因此去除PVT^BNST的“刹车”作用可以在不影响蔗糖摄入的情况下抑制雌性饮酒。相比之下，PVT^BNST激活可能会抑制一部分雄性饮酒，这表明两性之间PVT-BNST^CRF环路的参与以及调节存在差异。这样的发现为雌性酗酒的潜在机制提供了见解，同时强调了雄性和雌性之间不同的潜在回路特征。

此外，反复酒精暴饮在雄性的PVT-BNST^CRF突触和BNST^CRF神经元中产生了类似于雌性的表型，这为将来研究雄性（或男性）和雌性（或女性）BNST^CRF神经元之间的分子机制异同以及酒精慢性的影响提供了坚实的基础。其他谷氨酸能输入BNST^CRF神经元群体本身与其他BNST神经元亚群高度相互作用，包括PKCδ33、神经肽Y18和强啡肽等，本研究未探究BNST神经元亚群之间的独立性和相互作用。此外，BNST ^CRF神经元本身也很复杂，既充当投射神经元，又充当中间神经元[19]。因此，未来的研究需要理清BNST神经元亚群之间的独立性、重叠性和相互作用，特别关注性性和各种生理压力（包括酒精和其他滥用药物）的影响。理解这些神经元的微环路和分子组成对于定义PVT^VGLUT2-BNST^CRF等神经回路的更广泛的回路架构至关重要。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-25368-y 

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参考文献（上下滑动查看）  

1.Grillner, S. & El Manira, A. Current Principles of Motor Control, with Special Reference to Vertebrate Locomotion. Physiol Rev 100, 271-320 (2020).

2.Kiehn, O. Decoding the organization of spinal circuits that control locomotion. Nat Rev Neurosci 17, 224-238 (2016).

3.Goulding, M. Circuits controlling vertebrate locomotion: moving in a new direction. Nat Rev Neurosci 10, 507-518 (2009).

4.Mokalled, M.H., et al. Injury-induced ctgfa directs glial bridging and spinal cord regeneration in zebrafish. Science 354, 630-634 (2016).

5.Anderson, M.A., et al. Required growth facilitators propel axon regeneration across complete spinal cord injury. Nature 561, 396-400 (2018).

6.Lu, P., et al. Long-distance growth and connectivity of neural stem cells after severe spinal cord injury. Cell 150, 1264-1273 (2012).

7.Liu, Y., et al. A Sensitized IGF1 Treatment Restores Corticospinal Axon-Dependent Functions. Neuron 95, 817-833 e814 (2017).

8.Kuscha, V., Barreiro-Iglesias, A., Becker, C.G. & Becker, T. Plasticity of tyrosine hydroxylase and serotonergic systems in the regenerating spinal cord of adult zebrafish. J Comp Neurol 520, 933-951 (2012).

制版︱王思珍

本文完