2023年12月5日，美國德克薩斯大學(xué)休斯頓健康科學(xué)中心麥戈文醫學(xué)院Qingchun Tong和德克薩斯兒童醫院Jan和Dan Duncan神經(jīng)學(xué)研究所的Benjamin R. Arenkiel研究團隊合作在Neuron雜志上發(fā)表名為“An excitatory projection from the basal forebrain to the ventral tegmental area that underlies anorexia-like phenotypes”揭示基底前腦向腹側被蓋區的興奮性投射是厭食癥樣表型的基礎。
平衡內部能量需求和外部威脅線(xiàn)索的適應不當可能會(huì )導致厭食或暴飲暴食，從而導致虛弱的營(yíng)養不當或肥胖。被診斷為神經(jīng)性厭食癥（一種自我饑餓的飲食失調癥，在精神障礙中死亡率高）的患者中，廣泛性焦慮癥的患病率表明應激反應加劇對進(jìn)食行為產(chǎn)生深遠影響。然而，涉及感知外部壓力線(xiàn)索以適當調節進(jìn)食行為的大腦回路仍然難以捉摸。據報道，基底前腦 (BF)可以感知環(huán)境線(xiàn)索并處理感覺(jué)輸入，且BF 作為感知環(huán)境線(xiàn)索的功能中心，能夠深刻影響進(jìn)食行為。此外，腹側被蓋區 (VTA) 是一個(gè)經(jīng)過(guò)充分研究的富含多巴胺 (DA) 的中腦結構，被證明可以調節進(jìn)食，特別是在享樂(lè )行為方面。然而，VTA 神經(jīng)元如何整合環(huán)境線(xiàn)索來(lái)調節進(jìn)食行為尚不清楚。
在Vglut2-Cre小鼠上，研究人員首先注射AAV5-Ef1a-DIO-ChR2-EYFP病毒來(lái)確定BFVglut2 神經(jīng)元的下游靶標，在 VTA 中發(fā)現了豐富的 EYFP 陽(yáng)性纖維。為進(jìn)一步驗證該投射，又分別在BF和VTA注射AAV-DJ8-hSyn-Con/Fon-EYFP和AAVrg-Ef1a-mCherry病毒。AAV-DJ8-hSyn-Con/Fon-EYFP以 Cre 和 Flp 共同依賴(lài)的方式表達 EYFP，這里EYFP選擇性標記投射到 VTA 的 BFVglut2 神經(jīng)元。Z后鑒于 VTA 神經(jīng)元的異質(zhì)性，接下來(lái)使用跨突觸示蹤劑小麥胚芽凝集素 (WGA) 來(lái)識別 VTA 中接受 BFVglut2 神經(jīng)元投射的神經(jīng)元亞型。在BF注射AAV-DJ8-CAG-DIO-WGA-EGFP病毒，EGFP 信號從 BFVglut2 神經(jīng)元追蹤到 VTA，并通過(guò)在 VTA 共同遞送 AAV1-Ef1a-DOG-Flp和AAV-DJ8-Ef1a-fDIO-EYFP 進(jìn)一步放大。Z終結果顯示豐富的WGA-EGFP 標記神經(jīng)元與 mCherry 陽(yáng)性谷氨酸能神經(jīng)元共定位，這表明BF 向 VTAVglut2 神經(jīng)元發(fā)送谷氨酸能投射。
接下來(lái)為研究 BFVglut2和 VTAVglut2神經(jīng)元響應環(huán)境壓力源的功能關(guān)系，對自由活動(dòng)小鼠的這兩組神經(jīng)元進(jìn)行鈣信號光度測量記錄。結果顯示BFVglut2 神經(jīng)元表現出對吹氣、噴水和物體掉落的活動(dòng)增加。VTAVglut2神經(jīng)元也表現出與 BFVglut2神經(jīng)元類(lèi)似的活動(dòng)增加，且BFVglut2神經(jīng)元和 VTAVglut2神經(jīng)元在應激條件下存在很強的相關(guān)性。
隨后作者進(jìn)一步推斷 VTAVglut2神經(jīng)元可能介導對進(jìn)食的影響，這里采用光遺傳的方法激活VTA 內的 BFVglut2神經(jīng)元纖維。結果發(fā)現在禁食的小鼠中，BFVglut2/VTA 回路的體內光刺激減少了食物消耗和進(jìn)食時(shí)間。通過(guò)將谷氨酸受體拮抗劑 AP5和DNQX 注射到 VTA 中，可以部分挽救這種效應，這表明進(jìn)食減少是通過(guò)激活VTA 中的谷氨酸受體。然而，光遺傳激活小鼠表現出體力活動(dòng)水平增加，為了測試該效應與攝食抑制相關(guān)的效價(jià)，進(jìn)行了實(shí)時(shí)位置回避（RTPA）測試。結果表達 ChR2 的小鼠在非刺激一半中花費更多的時(shí)間，而表達 EYFP 的對照組對任何一側都沒(méi)有表現出偏好，這表明 BFVglut2/VTA 回路的激活引起了回避行為，這與增加的速度，曠場(chǎng)測試（OFT）中觀(guān)察到的運動(dòng)增加一致。由于 VTA 投射 BFVglut2 神經(jīng)元也向 LHb 和其他大腦區域發(fā)送附帶投射，因此觀(guān)察到的行為效應可能部分是由這些額外的投射位點(diǎn)通過(guò)并行激活介導的。為了測試這種可能性，在光遺傳激活VTA中BFVglut2 神經(jīng)元末梢的同時(shí)化學(xué)遺傳抑制 BFVglut2 神經(jīng)元胞體，這將在很大程度上消除附帶激活。在行為上，在化學(xué)抑制存在的情況下，VTA 中 BFVglut2 纖維的光刺激仍然能夠誘發(fā)厭惡、增加體力活動(dòng)并減少禁食再進(jìn)食，這表明攝食抑制是由VTA內的 BFVglut2 投射介導的。
鑒于 VTAVglut2神經(jīng)元是 BFVglut2神經(jīng)元的主要下游靶標之一，接下來(lái)采用化學(xué)遺傳的方法檢查 VTAVglut2神經(jīng)元在攝食調節中的作用，結果顯示激活VTAVglut2神經(jīng)元大大減少了禁食引起的再進(jìn)食。另外鑒于 VTAVglut2 神經(jīng)元在獎勵處理中的作用，進(jìn)一步探討這些神經(jīng)元在食物動(dòng)機中的影響。首先測試高脂肪飲食（HFD）的動(dòng)機，進(jìn)行了HFD偏好測試，其中禁食 6 小時(shí)的小鼠能夠自由地攝入HFD 和制式飲食 (chow diet, CD)。在對照組中，觀(guān)察到對 HFD的高度偏好，而這種偏好在化學(xué)遺傳抑制組中減弱。這些結果表明 VTAVglut2神經(jīng)元激活對抑制動(dòng)機性進(jìn)食行為具有深遠的影響。接著(zhù)使用明暗盒測試 (LDT) 進(jìn)一步評估了VTAVglut2 神經(jīng)元激活小鼠的焦慮水平。與對照組，相比化學(xué)遺傳激活組小鼠在盒子有光側的時(shí)間減少，這表明 VTAVglut2 神經(jīng)元激活引發(fā)了焦慮樣行為?？傊?，VTAVglut2 神經(jīng)元的激活導致運動(dòng)增加、焦慮樣行為增加以及吞咽不足和食物動(dòng)機降低。
由于厭食癥狀可能是由神經(jīng)元活動(dòng)的慢性變化引起的，因此接下來(lái)利用來(lái)自bacteria的突變鈉通道 (NaChBac) 探索了 VTAVglut2 神經(jīng)元慢性激活的影響，該通道可以實(shí)現長(cháng)期激活。與注射 EYFP 的對照組相比，表達 NaChBac 的小鼠體重較低，并且對飲食誘導的肥胖有抵抗力。與較低的體重一致，NaChBac 組與對照組相比顯示出較低的食物攝入量。當在代謝籠中進(jìn)行測量以收集實(shí)時(shí)生理數據時(shí)，與對照組相比，NaChBac 組表現出運動(dòng)增加，這表明體重較低是由于嚴重的能量不足。這些結果表明 VTAVglut2 神經(jīng)元的慢性激活會(huì )導致吞咽功能減退、體重增加減少和運動(dòng)能力增強。
DA 信號的變化與較低的體重有關(guān)，因此進(jìn)一步研究該投射在調節 DA 釋放中的潛在影響。伏隔核(NAc) 是 VTA DA 神經(jīng)元的主要下游區域之一，負責獎勵和顯著(zhù)性處理；作者在自由活動(dòng)的小鼠中使用基于 gGRAB-DA3m (gDA3m) 的光纖光度記錄記錄了 NAc 中的動(dòng)態(tài) DA 釋放。與之前蔗糖消耗的結果一致，當小鼠消耗 HFD 顆粒時(shí)，檢測到 NAcSh 中 DA 釋放增加。此外，還觀(guān)察到當小鼠受到噴水等厭惡刺激時(shí)，DA 釋放減少。接著(zhù)為檢查 BFVglut2/VTAVglut2 預測對 DA 釋放的影響，記錄 DA通過(guò)定向光刺激激活 VTA 中的 BFVglut2 纖維時(shí)釋放，使用 20 Hz-20 ms 激光對 BF/VTA 環(huán)路進(jìn)行光刺激 10 秒和 20 秒，均以持續時(shí)間依賴(lài)性方式減少 DA 釋放。Z后為探索 BFVglut2/VTAVglut2 預測調節的 DA 釋放與進(jìn)食行為之間的關(guān)系，監測小鼠開(kāi)始 HFD 進(jìn)食時(shí)對光刺激的 DA 釋放響應。當小鼠消耗HFD顆粒時(shí)，DA 釋放的信號增加，而在光刺激時(shí)減少，這也與進(jìn)食的立即暫停和遠離食物行為有關(guān)。這些結果共同表明 BFVglut2/VTAVglut2 投射的激活減少了進(jìn)食并減少了 NAc 中 DA 的釋放。
綜上，通過(guò)組合環(huán)路追蹤、體內光纖光度記錄以及小鼠遺傳學(xué)和行為研究，本篇文章確定了從基底前腦到 VTA 谷氨酸神經(jīng)元的谷氨酸能環(huán)路，該環(huán)路激活導致厭食癥樣表型，且吞咽不足表型伴隨著(zhù)多巴胺釋放減少。
參考文獻：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00845-0
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