【项目文章】Neuron封面│10x Visium助力发现刻板重复行为调控情绪的神经环路机制

每年10月1日至7日这一周，在全球就会有一群特殊的患者自发地聚集起来，为一种病症而发声，这些患者通常会对自身的某部位进行重复的非功能性行为，表现为不停地抠头皮、撕痂、撕手皮、啃指甲等等，这些行为在心理学上被定义为一种精神类疾病——BFRB（以身体为导向的刻板重复行为）。国外曾经做过一项相关的调查，在校大学生中大约有12%的人有BFRB问题，而有类似行为但没有达到疾病程度的人有近60%。虽然这些症状看起来微不足道，但是有些较强烈的行为会导致身体部位受到明显的损伤，让患者承受巨大的社交压力。目前认为BFRB是由焦虑等负面情绪所引起，通过BFRB则有助于缓解这些情绪。不过BFRB调节情绪究竟在大脑中是由怎样的神经环路所控制仍然是一个悬而未决的问题。

以身体为导向的刻板重复行为（Body-focused repetitive behavior,BFRB） 是一种患者对自身某部位进行重复的非功能性行为（例如拔毛发，扒皮，啃指甲等强迫性行为）。有研究表明，BFRB形成原因大多与心理焦虑呈正相关，而这些行为有助于帮助调节负面情绪并产生满足感。患者通常会通过BFRB来缓解紧张，减少警觉或调节压力带来的焦虑。与人的BFRB类似，许多动物在感受到压力时会进行长时间重复刻板的自我梳理（self-grooming）行为。虽然现有针对BFRB的心理学模型，但BFRB与哺乳动物大脑中情绪调节相关神经环路的机制仍不清楚。

研究团队利用啮齿动物(小鼠)重复自我梳理行为作为研究模型，将目光聚焦于中脑内侧脑桥旁核（medial paralemniscal nucleus, MPL）这个脑区，发现位于MPL中的SST神经元能够诱发小鼠强烈的自我理毛行为，长期激活MPL-SST神经元会导致小鼠进行持续的自我梳理。

为了进一步了解MPL包含的神经元类型以及它们的功能作用，研究团队使用10x Genomics Visium对成年小鼠的冠状切片（bregma -4.72 mm）进行了空间转录组分析，得到3651个spots，过滤后每个spot平均有5233个基因和17575个特异的转录本。在二维t分布随机邻域嵌入（t-SNE）图中对联合空间基因表达谱进行降维和聚类后，得到14个神经元cluster，并在基于SST的位置和表达特征标注为MPL的cluster中，发现PTH2和SST是富集在MPL cluster中排名前五的差异表达基因（DEG），而且两者都编码神经肽。将PTH2和SST转录本映射回组织切片和t-SNE图，证实了它们在MPL中富集。

之后研究团队对比了标记基因表达的小提琴图，发现兴奋性神经元标记基因Vglut2也富集在MPL，同时缺乏明显的Vgat/GAD1/GAD2表达，说明与小鼠中大多数SST神经元是释放GABA的情况不同，MPLSST神经元释放的是兴奋性神经递质谷氨酸。通过荧光原位杂交和电生理记录进一步确认了MPL包含共释放神经肽SST和PTH2的谷氨酸能神经元。

接下来，研究人员发现，MPL-SST神经元具有与理毛行为强相关的神经元活动，参与理毛行为的启动和维持，而抑制MPL-SST神经元不仅显著减少小鼠压力诱导的重复自我理毛行为，还损害应对压力刺激的焦虑缓解能力，并且激活MPL-SST神经元则显著关联正性情绪效价，产生奖励效应，并且驱动强化。通过逆向病毒示踪上游输入环路，激活投射到MPL的CeA神经元时，可以观察到自我梳理显著增加。光遗传调控证实自我梳理需要MPL-SST神经元的多个轴突投射。组织学和电生理学方法观察到激活MPL-SST神经元能够在VTA-DA神经元的下游投射位点伏隔核NAc中记录到多巴胺的大量释放，说明MPL-SST神经元与VTA-DA神经元形成单突触兴奋性突触。综上所述，研究团队发现了MPL-SST神经元发挥着连接小鼠应激和奖励系统的双重作用，并且通过表征相关的上游和下游连接，在功能上揭示了MPL-SST 神经元调控重复刻板的自我理毛行为，是主要依赖于CeA➟MPL^SST➟VTA^DA神经环路实现。

在此之前，MPL脑区的研究非常有限，以往的研究也从未发现MPL与BFRB和情绪调控的联系。作者利用空间转录组分析，将差异基因与脑区空间位置相关联，发现MPL神经元富集表达神经肽SST 和PTH2。转录组表达数据进一步提示了MPL脑区表达兴奋性神经元而非抑制性神经元的标志基因，这些发现至关重要，为后续MPL-SST 神经元功能以及相关情绪调控环路的研究提供了新的思路。

关注我们

      FOLLOW US