作為中腦皮層邊緣回路中的主要區(qū)域，腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）參與調(diào)節(jié)與獎(jiǎng)賞相關(guān)的動(dòng)機(jī)、厭惡和認(rèn)知行為。VTA區(qū)的谷氨酸能神經(jīng)元會(huì)投射至腹側(cè)紋狀體（NAc）、外側(cè)僵核或者腹側(cè)蒼白球，其中VTA中包含多巴胺能、GABA能、谷氨酸能神經(jīng)元等多種類型的神經(jīng)元[1-2]。實(shí)驗(yàn)表明，光遺傳學(xué)激活VTA谷氨酸能神經(jīng)元除了會(huì)引起獎(jiǎng)賞相關(guān)的強(qiáng)化行為之外，還能引起回避行為，但其具體的機(jī)制尚不清楚[3-4]。
近期神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域著名期刊Neuron上刊發(fā)了加州大學(xué)圣地亞哥分校Thomas S. Hnasko實(shí)驗(yàn)室題為Mesoaccumbal glutamate neurons drive reward via glutamate release but aversion via dopamine co-release的研究工作，揭示了VTA-NAc神經(jīng)環(huán)路可同時(shí)引起獎(jiǎng)賞和厭惡行為的機(jī)制，闡明了VTA谷氨酸神經(jīng)元釋放的谷氨酸具有積極的強(qiáng)化作用，但VTA谷氨酸神經(jīng)元釋放的多巴胺引發(fā)回避行為的現(xiàn)象[5]。
由于谷氨酸能神經(jīng)元會(huì)同時(shí)釋放谷氨酸和多巴胺，為控制單一變量，研究者們首先對(duì)谷氨酸和多巴胺的釋放進(jìn)行了干預(yù)。他們通過(guò)向VTA注射AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgROSA26 (對(duì)照組), AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgVGLUT2（谷氨酸敲低組）, AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgTh（多巴胺敲低組）病毒（圖1A，B），使用CRISPR-Cas9技術(shù)結(jié)合VGLUT2:Cre工具小鼠分別特異性敲除VTA興奮性神經(jīng)元的VGLUT2和TH（合成多巴胺的酪氨酸羥化酶），實(shí)現(xiàn)特異性降低谷氨酸或多巴胺的釋放（圖1E-H）。
圖1. CRISPR-Cas9技術(shù)結(jié)合Cre動(dòng)物實(shí)現(xiàn)對(duì)多巴胺和谷氨酸的特異性干預(yù)
先前的研究表明，老鼠會(huì)通過(guò)捅鼻子來(lái)獲得VTA谷氨酸神經(jīng)元的光遺傳學(xué)刺激，并產(chǎn)生偏好性強(qiáng)化[3]，該實(shí)驗(yàn)為顱內(nèi)自刺激觸鼻實(shí)驗(yàn)（圖2A-C）。于是研究者們?cè)谔禺愋郧玫凸劝彼岷投喟桶返膭?dòng)物上重復(fù)顱內(nèi)自刺激觸鼻實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其行為進(jìn)行觀察。研究結(jié)果顯示，敲低谷氨酸后小鼠觸碰激活按鈕次數(shù)明顯減少，且不表現(xiàn)出偏好性，說(shuō)明谷氨酸可能介導(dǎo)了VTA腦區(qū)興奮性神經(jīng)元編碼正向強(qiáng)化的過(guò)程（圖2D-G）。
為監(jiān)測(cè)VTA中谷氨酸對(duì)回避行為的作用，研究者們同樣借助CRISPR-Cas9技術(shù)結(jié)合VGLUT2:Cre工具小鼠特異性敲除VTA興奮性神經(jīng)元的VGLUT2敲低谷氨酸的釋放，并觀察條件性厭惡實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭行∈蟮男袨椋▓D3A）。結(jié)果顯示敲低谷氨酸后（圖中的sgVGLUT2組）小鼠對(duì)有光刺激一側(cè)的偏好性并不受影響，因此說(shuō)明VTA谷氨酸能神經(jīng)元釋放的谷氨酸并不參與調(diào)控厭惡行為（圖3B-F）。
圖2. 谷氨酸調(diào)控VTA-NAc介導(dǎo)的正向強(qiáng)化行為
圖3. 谷氨酸不調(diào)控VTA-NAc介導(dǎo)的厭惡行為
接下來(lái)研究者們對(duì)VTA興奮性神經(jīng)元中多巴胺的作用進(jìn)行了研究。研究者們同樣用CRISPR-Cas9技術(shù)向VGLUT2:Cre小鼠的VTA注射AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgTh病毒敲低VTA區(qū)多巴胺的釋放。在可以反映強(qiáng)化行為的顱內(nèi)自刺激觸鼻實(shí)驗(yàn)中，敲除多巴胺的動(dòng)物并沒有表現(xiàn)出對(duì)激活按鈕的偏好，說(shuō)明僅敲低多巴胺不影響VTA-NAc介導(dǎo)的正向強(qiáng)化行為。但同時(shí)敲低多巴胺和谷氨酸的組對(duì)激活按鈕的偏好消失了，說(shuō)明谷氨酸參與介導(dǎo)正向強(qiáng)化行為（圖4E-G）。
研究者們同樣還研究了多巴胺對(duì)回避行為的作用。在條件性厭惡實(shí)驗(yàn)中，敲低多巴胺組和同時(shí)敲低多巴胺和谷氨酸組的動(dòng)物沒有表現(xiàn)出對(duì)地點(diǎn)的回避與偏好（圖4H-I），但敲低多巴胺組的動(dòng)物進(jìn)入激光一側(cè)的次數(shù)增加（圖4J-K）。這些結(jié)果表明VTA谷氨酸能神經(jīng)元的多巴胺共釋放介導(dǎo)了回避行為，而谷氨酸則促進(jìn)正性強(qiáng)化行為。
圖4. VTA多巴胺雨谷氨酸共釋放介導(dǎo)回避行為
綜上，這項(xiàng)研究表明VTA谷氨酸神經(jīng)元通過(guò)釋放谷氨酸促進(jìn)正性強(qiáng)化，同時(shí)通過(guò)多巴胺和谷氨酸的共釋放誘發(fā)回避行為。這一證據(jù)進(jìn)一步突顯了VTA在正向強(qiáng)化過(guò)程中的貢獻(xiàn)并擴(kuò)展了領(lǐng)域內(nèi)對(duì)于共釋放群體中神經(jīng)遞質(zhì)特定角色的理解，對(duì)于理解涉及強(qiáng)化和回避行為的疾病具有深刻的意義。
參考文獻(xiàn)…
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