光鈣成像​在揭示壓力促睡眠可緩解焦慮情緒神經(jīng)環(huán)路機(jī)制的應(yīng)用

急性應(yīng)激引起血液中糖皮質(zhì)激素濃度的快速增加有利于機(jī)體面對環(huán)境威脅迅速做出反應(yīng)。然而，慢性應(yīng)激引起的糖皮質(zhì)激素濃度的增加對機(jī)體是傷害性的，可引起失眠。在應(yīng)激相關(guān)疾病中存在顯著的性別差異：男性的攻擊/暴力比例顯著高于女性，而女性更容易患抑郁癥或創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙。

中腦的腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）調(diào)控獎賞、厭惡和目標(biāo)動機(jī)行為。VTA腦區(qū)也參與調(diào)控睡眠過程：興奮性神經(jīng)元和多巴胺神經(jīng)元促進(jìn)覺醒，抑制性神經(jīng)元促進(jìn)睡眠。

 

2022年7月1日英國倫敦帝國學(xué)院William Wisden和空軍軍醫(yī)大學(xué)董海龍聯(lián)合研究團(tuán)隊揭示了急性應(yīng)激促進(jìn)睡眠后緩解焦慮情緒的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。

 

圖1：SDS急性應(yīng)激流程圖
 

睡眠分為非快速動眼睡眠（NREM）和快速動眼睡眠（REM）。研究人員發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷社交挫敗應(yīng)激（在1個小時內(nèi)C57小鼠接受CD1小鼠攻擊5分鐘，間隔10分鐘，連續(xù)4次）后小鼠非快速眼跑步動睡眠潛伏期縮短，NREM和REM時間均增加5小時。在經(jīng)歷非應(yīng)激活動（跑步、社交活動）并不會增加小鼠的睡眠時間。

 

圖2：SDS相關(guān)的促睡眠作用可緩解焦慮

 

經(jīng)歷社交挫敗應(yīng)激（SDS）能夠引起小鼠焦慮樣行為，但在回籠睡眠后能夠明顯降低焦慮情緒。免疫熒光實驗表明社交挫敗應(yīng)激主要激活VTA區(qū)域抑制性神經(jīng)元，少量激活興奮性神經(jīng)元和多巴胺能神經(jīng)元。

 

圖3：再激活SDS相關(guān)的VTA抑制性神經(jīng)元促進(jìn)睡眠

通過c-Fos工具病毒特異性標(biāo)記SDS激活VTA區(qū)域抑制性神經(jīng)元，隨后通過化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)再激活這些被激活的神經(jīng)元后能夠減少睡眠潛伏期，增加NERM和REM的睡眠時間。

在抑制這些被激活的抑制性神經(jīng)元后即便是經(jīng)歷SDS應(yīng)激也并不會促進(jìn)小鼠睡眠。這些結(jié)果表明VTA區(qū)域抑制性神經(jīng)元參與SDS促進(jìn)睡眠過程。

VTA區(qū)域抑制性神經(jīng)元投射到大腦多個腦區(qū)，光纖鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)在SDS應(yīng)激后VTA投射到外側(cè)下丘腦 (LH)鈣離子活性增加，投射到其他腦區(qū)的纖維并不出現(xiàn)鈣離子活性增加。通過同樣的方法重激活VTA—LH環(huán)路后，未經(jīng)過應(yīng)激刺激就可促進(jìn)睡眠(盡管不影響睡眠潛伏期，但增加睡眠時間)。

進(jìn)一步通過逆行示蹤病毒揭示了SDS激活的VTA區(qū)域抑制性神經(jīng)元接受來自于外側(cè)視前區(qū)、下丘腦室旁核和導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)區(qū)域輸入。

圖4：光纖鈣成像記錄VTA區(qū)域不同類型抑制性神經(jīng)元活性

VTA區(qū)域抑制性神經(jīng)元中42%為生長激素抑制素（SST）神經(jīng)元，10%為小清蛋白（PV）能神經(jīng)元。光纖鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)SDS應(yīng)激后這兩類神經(jīng)元均被激活，其中SST神經(jīng)元激活更多一些，并且是持續(xù)性激活。

光纖鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)在NERM和REM的睡眠期間VTA區(qū)域SST神經(jīng)元活性增加，而PV能神經(jīng)元在覺醒期間激活。單獨慢性激活VTA區(qū)域SST神經(jīng)元可促進(jìn)睡眠。此外， SDS應(yīng)激可激活VTA區(qū)域SST神經(jīng)元，重激活這類神經(jīng)元后可增加睡眠時間。

通過病毒誘導(dǎo)VTA區(qū)域SST神經(jīng)元凋亡后能夠阻斷SDS的促進(jìn)睡眠的作用，仍然保持焦慮狀態(tài)。在VTA區(qū)域SST神經(jīng)元正常被激活后SDS的促進(jìn)睡眠可發(fā)揮緩解焦慮情緒的作用。這就表明VTA區(qū)域SST神經(jīng)元介導(dǎo)的應(yīng)激促睡眠可緩解焦慮。

 

圖5：CRF熒光探針記錄大腦中CRF的動態(tài)變化

注射編碼促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子（CRF）的熒光探針（由北京大學(xué)生命科學(xué)院李毓龍課題組開發(fā)的探針）后，經(jīng)歷SDS應(yīng)激后下丘腦室旁核CRF熒光強(qiáng)度增加，但在抑制VTA區(qū)域SST神經(jīng)元后可明顯降低CRF濃度。

總的來說，本文揭示了急性應(yīng)激引起焦慮的同時激活VTA區(qū)域SST神經(jīng)元，通過VTA—LH環(huán)路促進(jìn)睡眠，進(jìn)而緩解焦慮情緒。

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