伏隔核相关皮质释放激素神经元投射到终纹床核调控觉醒和积极情绪状态

背景介绍

伏隔核（nucleus accumbens, NAc）在调控动机、奖励和许多依赖高度觉醒的行为中起着关键作用。然而，关于NAc中觉醒与情绪调节之间神经机制的研究尚不完全明确。皮质释放激素（corticotropin-releasing hormone, CRH）是重要的压力相关神经内分泌信号，但其在NAc中的功能并不清楚。在这项研究中，研究人员旨在探索NAc中的特定CRH神经元子群（NAcCRH）如何调节小鼠的觉醒和情绪行为。

研究来源

这篇论文由Gaojie Pan、Bing Zhao等八位研究人员共同撰写，主要机构包括复旦大学、南通大学和海军军医大学。论文于2024年3月9日收到，2024年5月2日接受，并在《Neurosci Bulletin》期刊发表。

研究细节

研究方法和流程

动物模型

研究使用了Crh-Cre小鼠模型，即在其核仁中可以表达Cre依赖性荧光蛋白GCamp7f的小鼠。这些小鼠生活在一个声音隔绝的房间，昼夜周期为12小时。

腺相关病毒（AAV）的制备

AAV载体用于在小鼠脑内特定区域表达特定基因，包括AAV-hsyn-dio-hm3dq-mcherry和AAV-hsyn-dio-chr2-mcherry等。

手术与病毒注射

在麻醉条件下，研究人员将Cre依赖的AAV载体双侧注射入小鼠的核仁内，并在终纹床核（BNST）内注射追踪染料以标记投射路径。

光遗传学和化学遗传学实验

为了探究NAcCRH神经元对觉醒和情绪的影响，研究人员通过光遗传学方法激活或抑制这些神经元。此外，还采用了一种化学遗传学方法，即使用DREADD受体（设计了药效细胞激发受体），通过CNO（一种特定配体）的注射激活或者抑制NAcCRH神经元的活动。

研究结果

NAcCRH神经元在觉醒状态下的活性提升

通过光纤光度记录（fiber photometry），研究人员发现NAcCRH神经元在觉醒状态下的钙信号显著高于REM和NREM睡眠状态。此外，在NREM睡眠向觉醒、NREM睡眠向REM睡眠、以及REM睡眠向觉醒的转变过程中，NAcCRH神经元的活性均有所提升。

NAcCRH神经元的激活促进觉醒并抑制NREM睡眠

通过光遗传学激活NAcCRH神经元，研究发现小鼠在NREM睡眠期间的光刺激能够诱导其快速转变为觉醒状态，而且该转变具有很好的时间依赖性。采用化学遗传学方法激活NAcCRH神经元，也观察到了类似的结果，即觉醒时间显著增加，而NREM睡眠时间显著减少。

抑制NAcCRH神经元减少觉醒并增加NREM睡眠

化学遗传学抑制实验表明，CNO的注射能够使NAcCRH神经元活动减少，导致小鼠在活跃期（夜间）的觉醒时间减少而NREM睡眠时间增加。

自然奖励刺激诱导NAcCRH神经元的激活

研究进一步发现，在与异性社交、食用巧克力以及舔舐糖水等涉及自然奖励的刺激过程中，NAcCRH神经元的钙信号显著增加，这表明这些神经元对奖励刺激的敏感性。

激活NAcCRH神经元调控情绪行为

在实时位置偏好（real-time place preference, RTPP）测试中，光遗传学激活NAcCRH神经元的小鼠显示出明显的位点偏好行为。此外，在开放场（open field test, OFT）测试和高架十字迷宫（elevated plus maze, EPM）测试中，激活这些神经元的小鼠显示出活动增加和焦虑水平降低的行为模式。

NAcCRH神经元投射至BNST调控觉醒和情绪

通过进一步的回溯标记和光遗传学实验，研究发现NAcCRH神经元主要经由GABA能突触直接投射至BNST。激活这一特定路径能够诱发NREM睡眠向觉醒的转变，同样也能够显著增加小鼠在RTPP测试中的偏好时间和在OFT测试中的中央活动区域时间。

结论与意义

这项研究揭示了NAc内特定CRH神经元子群在推动觉醒和调节积极情绪状态中的关键作用，并确定了BNST作为其主要下游投射区域。这一发现不仅为理解觉醒和情绪行为的神经机制提供了新的见解，还可能为治疗相关疾患提供潜在的靶点。

研究亮点

1. NAcCRH神经元的觉醒和情绪调节功能：首次系统地揭示了NAc中的CRH神经元在调节自然觉醒和情绪行为方面的重要作用。
2. 投射路径的明确性：通过光遗传学和回溯标记实验，明确了这些CRH神经元通过GABA能突触直接投射至BNST并发挥作用。
3. 行为学实验的综合性：多种行为学实验（如RTPP, OFT和EPM）验证了NAcCRH神经元对情绪和觉醒行为的调节作用。

该研究为未来进一步探讨觉醒与情绪调节的神经回路机制奠定了重要基础。