伏隔核促皮质激素释放激素神经元投射至终纹床核促进觉醒和减少焦虑样行为
Nucleus Accumbens Corticotropin-Releasing Hormone Neurons Projecting to the Bed Nucleus of the Stria Terminalis Promote Wakefulness and Positive Affective State
潘高杰1 • 赵冰1 • 张牧天2 • 郭雅楠3 • 闫宇华1 • 代丹1 • 张小曦1,4 • 杨辉1,5,6 • 倪金飞1 • 黄志力2 • 李霞3 • 段树民1,7
1复旦大学脑科学转化研究院，上海 200032，中国；
2复旦大学基础医学院药理学系，上海 200032，中国
3南通大学特种医学研究院，南通 226000，中国；
4海军军医大学附属长海医院，上海 200433，中国；
5复旦大学脑科学研究院，上海 200032，中国；
6复旦大学附属华山医院， 上海 200040，中国；
7浙江大学医学院神经生物学重点实验室，杭州 310030，中国
第一作者：潘高杰、赵冰
通讯作者：段树民、李霞
伏隔核（Nucleus Accumbens，NAc）作为基底神经节的重要组成部分，介导了以觉醒为前提的多种行为反应，如动机、奖赏、情绪和睡眠-觉醒等。尽管先前的研究报道了NAc中多巴胺 D1 受体（Dopamine D1 receptor, D1R）阳性神经元和多巴胺D2 受体（Dopamine D2 receptor，D2R）阳性神经元在多种行为反应中的重要作用，但NAc中神经元类型多样，有必要对NAc内不同类型的神经元进行操纵，以明确其精细的环路机制。
促皮质激素释放激素（Corticotropin-releasing hormone，CRH），长期以来被认为是下丘脑-垂体-肾上腺轴中的一种重要的与应激相关的神经内分泌传导信号。解剖学证据显示，NAc中富含CRH阳性神经元和CRH阳性纤维。据报道NAc中的CRH神经元（NAcCRH）参与睡眠-觉醒和情绪调控过程，然而，这些研究大多依赖于药理学证据，可能反映了来自其它大脑区域的CRH神经元输入投射到NAc神经元的影响。NAcCRH神经元在睡眠-觉醒和情绪调控的功能作用和潜在神经环路有待进一步探究。
该研究利用自动化睡眠解析技术、行为学、离体膜片钳、原位杂交、病毒示踪、在体光纤记录、光遗传学和化学遗传学等技术手段，围绕NAcCRH神经元及其相关环路开展研究，研究结果表明：
（一） NAcCRH神经元的群体钙活动在觉醒（Wake）期最高 (图1)；
（二）光遗传学/化学遗传学特异性激活NAcCRH神经元促进觉醒，减少非快速眼动睡眠（Non-Rapid Eye Movement Sleep，NREM）睡眠；
（三）光遗传学/化学遗传学特异性激活NAcCRH神经元诱导条件位置偏好并降低小鼠基础焦虑水平，自然奖赏刺激下NAcCRH神经元的群体钙活动增加；
（四）NAcCRH神经元与终纹床核（the bed nucleus of stria terminals，BNST）存在密集投射，且投射至BNST的NAcCRH神经元大多数是与D1-MSNs共表达神经元；
（五）NAcCRH神经元与BNST神经元存在抑制性的单突触功能连接，且光遗传学特异性激活NAcCRH-BNST神经环路促进觉醒，减少NREM睡眠（图2）；
（六）光遗传学/化学遗传学特异性激活NAcCRH-BNST神经环路诱导条件位置偏好，降低小鼠基础焦虑水平。
图1 生理条件下NAcCRH神经元在睡眠-觉醒周期中的群体钙活动。A 钙病毒注射模式图。B 在体同步记录钙信号和睡眠状态模式图。C NAc中钙病毒（绿色）感染的荧光显微镜代表性图像，蓝色，DAPI，比例尺= 100 µm或50 µm。D NAcCRH神经元在睡眠-觉醒周期中的钙信号荧光强度和脑电/肌电信号变化的代表性原始迹线图。E觉醒，快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠期间的钙信号荧光强度平均归一化统计图（∆F/F）。F-I NAcCRH神经元跨睡眠-觉醒状态转换的群体钙活动热图（上）和荧光强度平均归一化统计图（下）。所有数据均以平均值 ± SEM表示。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。
图2 光遗传学激活NAcCRH-BNST神经环路诱导觉醒。A 逆行示踪实验设计示意图。B NAc脑片的逆行示踪共聚焦显微镜示例图，CTB（绿色），td Tomato（红色），比例尺= 100 µm。C NAc中CTB和td Tomato（CRH 神经元）细胞百分比的定量。D NAc脑区病毒注射及BNST脑区光纤埋置模式图。E NAcCRH神经元轴突末梢在BNST脑区投射分布示例图，比例尺= 100 µm。F BNST中蓝光激活表达ChR2病毒的NAcCRH神经元轴突末梢诱发抑制性突触后电流（oIPSCs）。G 记录的BNST神经元与NAcCRH神经元有反应的比例。H-I oIPSCs的示例迹线图（H）和定量（I）。急性蓝光刺激NAcCRH-BNST mCherry组小鼠和NAcCRH-BNST ChR2-mCherry组小鼠的FFT 热能频谱图和脑电/肌电迹线图。K 急性蓝光刺激下NAcCRH-BNST mCherry组小鼠和NAcCRH-BNST ChR2-mCherry组小鼠的睡眠-觉醒状态变化（上）和睡眠-觉醒状态变化的平均概率（下）示例图。L-N 1 h慢性蓝光刺激下NAcCRH-BNST mCherry组小鼠和NAcCRH-BNST ChR2-mCherry组小鼠的觉醒，NREM睡眠和REM睡眠时程图。O 1 h蓝光刺激下NAcCRH-BNST mCherry组小鼠和NAcCRH-BNST ChR2-mCherry组小鼠的觉醒，NREM睡眠和REM睡眠时长统计图。所有数据均以平均值 ± SEM表示。*P < 0.05，**P < 0.01。
综上所述，该研究表明抑制性的NAcCRH神经元是促进觉醒的重要神经元且在促进正向情绪效价方面发挥着双向调控作用。NAcCRH-BNST神经环路介导了促进觉醒和促进正向情绪效价的神经机制，这一过程可能是抑制性的NAcCRH神经元轴突末梢在BNST释放的GABA神经递质所调控的。
关键词：促皮质激素释放激素；觉醒；焦虑缓解；伏隔核；终纹床核
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01233-y
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