|
作者∣孙婷婷 编辑∣鲨鱼，Joker 排版∣佩奇 2019年2月26日，PNAS在线发表了中国科学技术大学生命科学学院张智课题组的研究论文“Basolateral amygdala input to the medial prefrontal cortex controls obsessive-compulsive disorder-like checking behavior”。这项工作利用神经环路示踪（RV病毒）技术鉴定BLA-mPFC神经环路，结合光遗传病毒和化学遗传病毒（AAV病毒）工具对环路在体调控，首次揭示了BLA-mPFC神经环路在强迫检查行为中的重要作用。孙婷婷博士研究生、宋字华博士研究生和田仰华博士为论文共同第一作者，张智和汪凯（安徽医科大学）为共同通讯作者。该研究由国家自然科学基金“情感和记忆的神经环路基础”重大研究计划、973和中国科学院B类先导脑功能联结图谱项目资助。  研究背景  强迫症是一种较为普遍的精神疾病，以强迫观念（反复不自主的一些想法）和强迫行为（如反复洗手、反复检查以及仪式性动作）为主要临床特征。流行病学研究显示，全球强迫症的发病率约为1-3%，我国为5-10%，其发病机制尚不明确，临床上没有良好的治疗手段。 皮层-纹状体-丘脑-皮层（cortico-striato-thalamo-cortical, CSTC）通路，包括5-羟色胺、多巴胺和谷氨酸（glutamate, Glu）在内的多种神经递质系统失调，被认为是强迫症发病的神经机制基础。然而，由于不同的强迫症症状（例如, 对称/排序与清洗/洁癖）可能存在着特异的环路机制，所以单一的环路假说或递质假说均不足以阐释强迫症的病理机制，这些证据提示了强迫症发病机制的复杂性。然而，CSTC环路之外的系统是否及如何参与强迫样行为，尚不清楚。影像学结果显示，强迫症患者的基底外侧杏仁核（basolateral amygdala, BLA）活动异常，而BLA 中90%的神经元为谷氨酸能神经元。因此，本研究以小鼠为模型，探究BLA 谷氨酸系统在强迫样检查行为中的作用。  研究结果 1.建立强迫样检查行为的小鼠模型和行为检测方法 作者首先借助腹腔注射多巴胺激动剂喹吡咯的小鼠出现检查行为，建立了一种便捷的小鼠强迫症检查行为模型。为了探究强迫样检查行为的神经环路，首先要设计一套用于小鼠强迫样检查行为的检测方法。作者在透明的鼠笼中分别放置可自由摄取的10%蔗糖溶液和水，随后每两天给予小鼠注射喹吡咯或者生理盐水。通过以上方法检测小鼠强迫样检查行为。与生理盐水组相比，喹吡咯处理组小鼠在训练30天后迅速表现出重复检查行为，蔗糖溶液的饮用频率和总时间增加 (P<0.05)(图1, C和D)，而蔗糖溶液消耗无明显变化。 为了排除蔗糖偏好对强迫样检查行为检测的影响，作者调换了蔗糖溶液和水的位置，结果发现与调换前相比，喹吡咯处理组小鼠在调换后对水的饮用频率和总时间都增加了 (P<0.05)(图1, F和G)。排除了小鼠蔗糖偏好对强迫样检查行为检测的影响。 Figure 1. 强迫样检查行为的小鼠模型 2. BLAGlu→mPFCGABA→Glu 是强迫样检查行为的关键性环路 为了寻找参与强迫样检查行为发生与发展的特定脑区，作者在训练30天后观察了c-Fos蛋白在大脑中的表达。与生理盐水组相比，可以观察到喹吡咯诱导的小鼠mPFC和BLA脑区有c-Fos大量表达（图2）。 Figure 2. 喹吡咯诱导小鼠的mPFC、BLA区c-Fos大量表达 课题组利用病毒示踪的方法，发现BLA的谷氨酸（BLAGlu）神经元直接投射到内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）第2/3 层的谷氨酸（mPFCGlu）和GABA （mPFCGABA）神经元上，并且mPFCGlu 神经元还接受其核团内部的mPFCGABA 神经元的抑制性纤维投射（图3）。由此证实了BLAGlu→mPFCGABA→Glu 是强迫样检查行为的关键性环路，在随后的光遗传和化学遗传实验中也得到了验证。 Figure 3. RV病毒工具对BLA和mPFC之间的连接进行研究，实验结果表明BLA谷氨酸能纤维投射到mPFC的谷氨酸和GABA神经元上。 结 论 作者的研究结果鉴定了一条在强迫样检查行为中关键性的BLAGlu→mPFCGABA→Glu 环路（图4），该条环路的激活参与强迫样检查行为的形成。通过对环路结构和功能的解析，将会为理解人类强迫症的发病机制提供新的视野。
Figure 4. 强迫样检查行为中，BLAGlu神经元活性增加，激活mPFC中的mPFCGABA神经元和mPFCGlu神经元，但mPFC中的mPFCGlu神经元还接受核团内部的mPFCGABA神经元的抑制性纤维投射，导致mPFCGlu神经元活性降低。
文章涉及的病毒载体全部来自枢密科技： 1. 逆行跨单突触示踪：RV-EnvA-ΔG-DsRed，rAAV-EF1α-DIO-RVG，rAAV-EF1α-DIO-EGFP-2a-TVA； 2. 光遗传：rAAV-EF1α-DIO-hChR2 (H134R)-mCherry，rAAV-EF1α-DIO-eNpHR3.0-eYFP； 3. 化学遗传：rAAV-EF1α-DIO-hM3D(Gq)-mCherry，rAAV-EF1α-DIO-hM4D(Gi)-mCherry； 4. 对照：rAAV-EF1α-DIO-mCherry，rAAV-DIO-eYFP.
|
|
|
