|
药物使用障碍（SUDs）与昼夜节律紊乱之间存在密切关系。实验研究表明生物节律在调节动物奖赏行为中发挥不可或缺的作用。星形胶质细胞同样在昼夜节律中发挥关键的调节因子效应。然而，目前尚未有研究确定星形胶质细胞昼夜节律功能在伏隔核（NAc）中的作用，也没有研究证明星形胶质细胞节律功能对奖赏相关行为的重要性。匹兹堡大学神经科学中心Colleen A. McClung研究团队在Biological Psychiatry发表了名为“Astrocyte Molecular Clock Function in the Nucleus Accumbens Is Important for Reward-Related Behavior”的研究论文，首次证明了星形胶质细胞昼夜节律分子钟功能在调节NAc和奖赏相关行为中的新作用。
Figure.1 Aldh1l1-eGFP/Rpl10a mice allow for isolation of astrocyte-specifific ribo-associated mRNA 首先实验人员借助Aldh1l1-eGFP/Rpl10a这一特殊小鼠模型来研究NAc中星形胶质细胞的节律性，该模型小鼠星形胶质细胞在RpL10a核糖体亚基上特异性表达eGFP，并可通过免疫共沉淀分离星形胶质细胞特异性核糖体相关mRNA。实验人员每天从雄性和雌性小鼠各采集6次NAc组织分离星形胶质细胞中mRNA，经基因测序后，富集热图和免疫荧光显示可知星形胶质细胞富集呈现高度特异性，IPA和metascape分析同样表明与星胶相关的生物学过程和经典途径在前200个表达基因中富集。
Figure 2. NAc astrocytes are highly rhythmic at the transcriptome level 从识别的全部基因中，约43.3%具有显著的昼夜节律特性。大多数节律相关基因表达在14-22点之间达到峰值，这与小鼠的生理活跃期相一致。经统计学分析可知，前20个昼夜节律相关基因是已知的核心时钟基因。同时，昼夜节律调节相关基因和糖皮质激素受体信号相关基因表现出高度的相关性。
Figure 3. Loss of BMAL1 function in NAc astrocytes increases locomotor response to novelty in mice during the day. 接下来，为探究NAc星形胶质细胞在昼夜节律中对奖赏的功能的影响，研究人员在Bmal1f/f基因鼠NAc脑区中特异性敲除星胶中的Bmal1，Bmal1的下调导致星形胶质细胞失去分子钟功能和节律性。研究人员使用LRN范式，分别检测了上午4-6点和下午16-18点各两小时的运动量。结果发现，特异性敲除Bmal1后，并未对小鼠运动能力产生影响，而小鼠在白天表现出更高的对新奇事物的反应，而在夜间并未出现显著差异，提示NAc星形胶质细胞中Bmal1在参与昼夜节律下小鼠对奖赏功能的反应性。
Figure 4. Loss of BMAL1 function in NAc astrocytes increases exploratory drive in mice during the day. Both BMFL mice expressing NAc-specifific GFAP-Cre or eGFP control were run through a panel of behavioral assays testing exploratory drive. 同时，研究人员也通过旷场实验、明暗箱实验、高架十字迷宫、陌生环境摄食等行为学范式检测了动物在特异性敲除Bmal1后昼夜变化下探索性行为和焦虑样行为的变化，结果均表明在特异性敲除Bmal1后，小鼠在白天表现出更高的探索性行为和焦虑样行为，与之相对应的是小鼠在夜晚则呈现较低的探索性行为和焦虑样行为。且此表现可排除由运动功能障碍或进食抑制所引发。提示NAc星形胶质细胞中Bmal1同样参与昼夜节律下小鼠对探索性行为与焦虑样行为的反应性。
Figure 5. Loss of BMAL1 function in NAc astrocytes increases operant food self-administration and motivation during the day. To assess natural reward and reward motivation, both BMFL mice expressing NAc-specifific GFAP-Cre or eGFP control were trained to self-administer food pellets in an operant food self-administration task both during the day and at night. 此外，研究人员还通过大小鼠自身给药系统研究了小鼠对奖赏的特异性反应，首先进行固定计划的小鼠自身奖赏训练，即小鼠每1次主动按压杠杆即可获得1粒食物作为物质奖励。在FR1阶段中，各组小鼠对奖赏性行为反应并未表现出显著性差异，而进行不同性别间比较时，则可见无论昼夜变化，雄性小鼠相较雌性小鼠总体表现出了对奖赏性行为更高的反应。而随着自身奖赏的周期的不断推进，雄性GFAP-cre小鼠逐渐表现出在白天强于夜晚的奖赏性行为反应性。
Figure 6. Loss of BMAL1 function in NAc astrocytes disrupts NAc metabolic homeostasis. NAc tissue from both BMFL mice expressing NAc-specifific GFAP-Cre or eGFP control was processed through a range of molecular assays assessing factors relevant for regulation of cellular metabolic state. 鉴于星形胶质细胞在细胞代谢中发挥重要作用，于是研究人员利用RT-qPCR检测了GFAP-cre和eGFP小鼠在白天相关基因的表达，结果发现在GFAP-cre小鼠中Gfap和Nrf2表达显著上调，以上两类蛋白分别与星形胶质细胞胶活性和氧化应激相关，而Gclc、Pgc1α、Ldha、Mct1和Mct2则显著下调，以上蛋白分别与谷胱甘肽、线粒体功能和乳酸合成有关。同样地，GFP-cre小鼠白天NAc中乳酸和谷胱甘肽浓度均显著下降。 Figure 7. Loss of BMAL1 function in the NAc alters excitatory synaptic transmission onto neigh boring MSNs during the day. Slice electrophysiology was used to assess the effects of loss of BMAL1 function in NAc astrocytes on glutamatergic signaling in neighboring MSNs during the light and dark phases.
Figure 8. Loss of BMAL1 function in NAc astrocytes upregulates NAc glutamate-related gene expression during the day. NAc tissue from BMFL mice expressing NAc-specifific GFAP-Cre or eGFP control was processed through RT-qPCR assessing daytime whole NAc gene expression of AMPA receptor subunits, NMDA receptor subunits, mGluRs, and astrocyte-specifific glutamate transporters (ZT 4–6). 最后，作者特异性敲除NAc分子钟基因，探究其对MSNs突触传递的影响。利用全细胞膜片钳分别记录GFAP-Cre 和eGFP 小鼠 NAc中MSNs的功能活动。在白天，GFAP-cre小鼠诱发的AMPA/NMDA 兴奋性突触后电流显著降低，同时伴随着AMPAR 抑制性突触后电流衰变增加，提示MSNs突触后谷氨酸受体发生变化，尤其是AMPA受体改变。说明谷氨酸能突触前释放基本不变，兴奋性突触后电流清除率也相当。而在夜间则未检测到同类差异。与脑片膜片钳结果一致的是，白天，GFAP-cre小鼠NAc中谷氨酸相关基因表达同样显著上调，且以AMPA受体亚基为主。 结语Colleen A. McClung研究团队的此项研究首次发现NAc中的星形胶质细胞具有强烈的分子节律，并且这种昼夜节律对整个NAc功能的发挥起到重要作用。这些新发现强调了NAc星形胶质细胞的功能意义，并首次证明该类型细胞所调控的昼夜节律对NAc功能和NAc调节的行为中具有重要作用，为进一步研究NAc在情绪调节与昼夜节律中的作用提示了新的方向与路径。 原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm./35461698/ （山东中医药大学中医药与脑科学研究创新团队 张明宽 供稿） |
|
|
