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利用微型化雙光子顯微技術(shù)揭示恐懼和焦慮新機(jī)制

瀏覽次數(shù):408 發(fā)布日期:2025-5-16  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
恐懼是人和動(dòng)物最為基本的情緒之一,恐懼會(huì)觸發(fā)逃跑、厭惡或者凍結(jié)等不同的行為表型來幫助生命體脫離危險(xiǎn)。一直以來,大腦中的杏仁核被認(rèn)為是恐懼樞紐,將來自嗅覺、視覺、觸覺的信號(hào)整合后介導(dǎo)恐懼反應(yīng),過度的或反復(fù)的恐懼刺激是導(dǎo)致焦慮障礙的重要因素。臨床研究發(fā)現(xiàn)雙側(cè)杏仁核損毀的患者仍然可以感受到恐懼并且表達(dá)恐懼情緒,提示存在杏仁核以外的恐懼情緒神經(jīng)機(jī)制,然而獨(dú)立于杏仁核的恐懼情緒神經(jīng)機(jī)制迄今尚不清楚。為了在單細(xì)胞層面解析新的恐懼和焦慮神經(jīng)機(jī)制,作者利用了超維景自主研發(fā)的微型化大視場(chǎng)型雙光子顯微鏡(FHIRM-LF),實(shí)現(xiàn)了在生理?xiàng)l件下捕獲清晰的單細(xì)胞神經(jīng)元活動(dòng)圖像。

2024年2月12日,浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院李曉明教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊《自然-神經(jīng)科學(xué)》(Nature Neuroscience)上發(fā)表題為“一條細(xì)胞特異性的前腦至后腦四級(jí)神經(jīng)環(huán)路能夠獨(dú)立于杏仁核介導(dǎo)嗅覺本能恐懼和焦慮”(A molecularly defined amygdala-independent tetra-synaptic forebrain-to-hindbrain pathway for odor-driven innate fear and anxiety) 的研究論文。利用微型化雙光子成像技術(shù)等研究手段,發(fā)現(xiàn)了腦內(nèi)主嗅球→腳背側(cè)皮層→外側(cè)臂旁核→丘腦下旁核通路在嗅覺本能恐懼和焦慮中的重要作用

研究人員發(fā)現(xiàn)主嗅球(main olfactory bulb, MOB) —— 腳背側(cè)皮層(dorsal peduncular cortex, DP)這條神經(jīng)環(huán)路參與TMT(狐貍糞便中的成分類似物,神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中常作為恐懼刺激源)誘導(dǎo)的嗅覺本能恐懼,聯(lián)合病毒示蹤及膜片鉗電生理等技術(shù),發(fā)現(xiàn)DP可以與前端淺層外側(cè)臂旁核(superior part of lateral parabrachial nucleus, PBNsl)膽囊收縮素(cholecystokinin, Cck)陽性神經(jīng)元形成興奮性突觸連接,而PBNslCck+陽性神經(jīng)元又可以繼續(xù)下行支配丘腦下旁核(parasubthalamic nucleus, PSTh)的速激肽1(tachykinin 1, Tac1)陽性神經(jīng)元,最終繪制出一條具有分子特異性標(biāo)記的MOBSlc17a7+→DPCamk2a+→anterior PBNslCck+→PSThTac1+四級(jí)神經(jīng)環(huán)路。

為了研究這一四級(jí)神經(jīng)環(huán)路是否介導(dǎo)嗅覺本能恐懼這一科學(xué)問題,研究人員采用雙光子成像等技術(shù)對(duì)這一神經(jīng)環(huán)路的功能展開了進(jìn)一步研究。雙光子的數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)小鼠嗅探水時(shí),僅有5%的前部PBNs1Cck+神經(jīng)元響應(yīng),而在TMT存在時(shí),57%的前部PBNs1Cck+神經(jīng)元活動(dòng)增加(圖1)。作者同樣測(cè)試了小鼠PBNs1Cck+神經(jīng)元對(duì)狐貍尿液、雄性小鼠尿液以及花生油的響應(yīng)模式,發(fā)現(xiàn)當(dāng)小鼠嗅探狐貍尿液時(shí),有55%的PBNs1Cck+神經(jīng)元活動(dòng)增加,而嗅探雄性小鼠尿液和花生油時(shí),僅有10%前部PBNs1Cck+神經(jīng)元活動(dòng)增加(圖2)。以上結(jié)果表明,該神經(jīng)環(huán)路在TMT誘發(fā)的嗅覺本能恐懼逃跑行為中顯著激活。


圖1. TMT,Water靠近小鼠鼻子時(shí)前端PBNslCck+陽性神經(jīng)元的微型化雙光子鈣成像結(jié)果


圖2. Fox urine、Male urine、Peanut oil靠近小鼠鼻子時(shí)前端PBNslCck+陽性神經(jīng)元的微型化雙光子鈣成像結(jié)果

該研究新發(fā)現(xiàn)一條主嗅球→腳背側(cè)皮層→外側(cè)臂旁核→丘腦下旁核的四級(jí)神經(jīng)環(huán)路,并揭示該通路能夠以獨(dú)立于杏仁核的方式,參與并調(diào)控嗅覺本能恐懼和焦慮。這項(xiàng)研究不僅拓展并加深了人們對(duì)恐懼和焦慮神經(jīng)機(jī)制的理解和認(rèn)識(shí),也為理解焦慮障礙等精神疾病的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路。此外,由于這條神經(jīng)環(huán)路是由嗅覺介導(dǎo)的,一個(gè)臨床治療方面的價(jià)值是:利用氣味來治療恐懼癥、焦慮障礙等精神疾病有了新的理論支持。

發(fā)布者:北京超維景生物科技有限公司
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標(biāo)簽: 雙光子顯微成像
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