徐勇团队揭示慢性应激条件下调控情绪和摄食行为的神经环路机制

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在现代生活中，随着经济的发展、生活节奏的加快、社会结构的变革，压力或应激充斥着人类的生活，与人类的食欲、情绪、快感密切相关。压力是应对环境变化的一种生理适应性反应，但是长期暴露则会产生病理改变。例如会增加焦虑症、抑郁及其他情绪障碍的易感性。同时，压力也会影响着人类摄食行为和能量平衡，然而目前针对压力引起的情绪及能量平衡改变背后的大脑神经环路的作用机制尚不清楚。

近日，休士顿医学研究中心Baylor医学院徐勇教授实验室在Molecular Psychiatry期刊上发表题为A POMC-originated circuit regulates stress-induced hypophagia, depression and anhedonia的研究论文，详细的描述了POMCARH-VTA神经环路如何在慢性应激条件下调控摄食、快感缺失及抑郁样行为。

中脑腹侧被盖区（VTA）是被公认的情绪调节中心。在VTA分布着不同类型的神经元，包括65%多巴胺（DA）、30%γ-氨基丁酸（GABA）和5%的谷氨酸能（GLU）神经元。大量的文献报道DAVTA神经元可以调节抑郁样行为。同时，DAVTA神经元也可能在调节食物摄入方面发挥重要作用，然而，这方面的作用似乎非常复杂，其中的具体作用机制尚待阐明。

位于下丘脑的弓状核(ARH)一直被认为是一个重要的调节摄食行为的中心。其中，弓状核内的前阿片肽(POMC)神经元可以分泌α黑素细胞刺激激素(α-MSH)刺激黑皮质素受体MC3R/MC4R，减少摄食。同时，弓状核的POMC神经元还释放另一种神经肽，β内啡肽（β-endorphin），但是其在摄食调控中的作用存在争议。有报道称，慢性应激可使ARH中POMC基因表达增加约60%，但POMCARH神经元在慢性应激下的功能尚不清楚。那么在慢性应激条件下POMCARH神经元和DAVTA神经元之间是否存在联系，以及如何调节情绪及摄食行为的呢？

为了回答这个问题，徐勇教授团队首先建立慢性应激动物模型，通过观察发现慢性应激可以导致小鼠摄食减少、体重降低，通过糖水偏好实验、强迫游泳实验及悬尾实验发现慢性应激可导致小鼠快感缺失及抑郁样行为。由于DAVTA神经元在调节抑郁情绪中发挥着非常重要的作用，于是使用DAT-CreER/Rosa26-LSL-tdTOMATO的小鼠对比在正常条件下和慢性应激条件下DAVTA神经元的活性，实验结果提示在慢性应激后DAVTA神经元的活性显著降低。

由于慢性应激小鼠也同时伴有摄食的减少，于是徐勇教授团队使用POMC-CreER/Rosa26-LSL-tdTOMATO小鼠，检测在慢性应激条件下，POMCARH神经元的放电活动，结果显示慢性应激可以显著增加POMCARH神经元的活性。接下来为了了解DAVTA神经元和POMCARH神经元之间的相互关系，徐勇团队提出在慢性应激条件下POMCARH可能投射到DAVTA神经元形成一条神经环路来统一调控摄食、情绪、行为改变的假设。

为了验证这个假设徐勇团队选用POMC-Cre的小鼠在ARH脑区立体定位注射AAV-FLEX-Synaptophysin-GFP病毒株选择性的在POMCARH神经元表达带荧光的突触小泡蛋白（Synaptophysin-GFP），并发现带有大量GFP的神经元终端在VTA区域表达，以上结果显示POMCARH神经元可以投射至VTA区。同时，还运用AAV-FLEX-GTB 和EnvA G-deleted Rabies-mCherry 病毒株在DAT-CreER 小鼠的VTA区域注射来逆行证明该神经环路的投射，发现POMCARH神经元和DAVTA神经元和非DAVTA神经元之间存在着复杂的相互调控。于是接着选用POMC-CreER/DAT-CreER/Rosa26-LSL-tdTOMATO的小鼠在ARH注射AAV-FLEX-ChR2-EYFP病毒株使ChR2在POMCARH神经元和POMC神经纤维和终端上特异性表达。同时，在相同的小鼠的ARH脑区也注射另一种顺行性的跨突触病毒示踪物Ad-FLEX-WGA-GFP，因此，只有POMCARH神经元可以表达WGA-GFP，同时可以显示受POMCARH神经元支配下游神经元的胞体，而在VTA区被GFP标记的胞体将被识别为是由POMCARH神经元支配的。由于这些小鼠的DA神经元携带DAT-CreER/Rosa26-LSL-tdTOMATO所以可以在DA神经元表达TOMATO，因此，同时表达GFP(+)TOMATO(+)的神经元被识别为是受POMCARH神经元投射的 DAVTA 神经元。

接着运用神经电生理技术对VTA脑区里三种神经元进行检测：受POMCARH投射的DAVTA神经元【GFP(+)TOMATO(+)】， 受POMCARH神经元投射的非DAVTA神经元【GFP(+)TOMATO(-)】， 以及不受POMCARH神经元投射的DAVTA神经元【GFP(-)TOMATO(+)】。结果显示POMCARH神经元通过直接和间接两个平行的机制来抑制DAVTA神经元。首先POMCARHH神经元可以通过释放β内啡肽作用于μ-阿片样受体（MOR）来直接抑制一部分DAVTA神经元。另外，POMCARH神经元可以通过释放α黑素细胞刺激激素, 作用于MC3R受体来激活GABAVTA中间神经元，被激活的GABAVTA中间神经元再间接地抑制另一部分的DAVTA神经元。

正式通过这两种平行的机制，慢性应激小鼠下丘脑里被激活的POMCARH神经元导致了VTA脑区里DAVTA 神经元被抑制。于是，徐勇团队再次在慢性应激小鼠动物模型上利用光遗传的技术对POMCARH-VTA神经环路的功能进行了检测，在POMC-Cre的小鼠的ARH区域注射AAV-FLEX-eNpHR3.0-EYFP病毒株，在POMCARH神经元及神经纤维终端特异性的表达eNpHR3.0，对照组在相同的区域注射类似的病毒，同时在这些小鼠的VTA区域埋置光纤并给予慢性应激刺激训练。通过检测发现POMC-Cre的小鼠在接受慢性应激刺激后体重和摄食下降不显著，说明对POMCARH-VTA神经环路的抑制能有效维持慢性应激所导致的体重降低和食欲减退。通过行为学实验发现POMC-Cre的小鼠较对照组在慢性应激下对糖水的消耗减少不明显，并且在强迫游泳实验和旋尾实验中的静置时间明显要短，说明对POMCARH-VTA神经环路的抑制能有效改善由于慢性应激所导致的快感缺乏和抑郁样行为。

情绪和摄食行为是相互作用相互影响的，摄食障碍的患者往往也有情绪调节的障碍，治疗情绪疾病的药物往往带来摄食障碍和代谢调控紊乱的副作用。然而，摄食和情绪相互影响相互作用的神经生物学机制一直不清楚。徐勇团队发现了一个全新的由大脑“摄食中心”投射到“情绪中心”的神经环路，并且证明了在慢性压力下，这个神经环路统一调控情绪和摄食行为。这项研究成果促进了对摄食和情绪调控机制的理解，为抑郁症和摄食障碍等疾病的病理生理提供了新的理论依据，并对此类疾病的预防和诊疗提供了新的作用靶点。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41380-019-0506-1

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