作者：復(fù)旦大學(xué) Yu
尼古丁是煙草中的主要成癮性成分。尼古丁成癮主要涉及到與獎(jiǎng)賞行為相關(guān)的皮層邊緣多巴胺系統(tǒng)，其通過(guò)直接激活煙堿乙酰膽堿能受體(acetylcholine
receptors , nAChR)引起強(qiáng)烈的獎(jiǎng)賞效應(yīng)[1]。但多巴胺能神經(jīng)元不僅與傳遞獎(jiǎng)賞相關(guān)的信號(hào)，也傳遞與厭惡刺激相關(guān)的信號(hào)。此前曾有研究表明高劑量尼古丁攝入會(huì)產(chǎn)生“負(fù)面”影響[2]，但多巴胺能神經(jīng)元對(duì)不同劑量尼古丁的刺激產(chǎn)生不同效應(yīng)的機(jī)制尚不清楚。
2021年8月14日，法國(guó)Philippe Faure課題組和Fabio Marti課題組合作在Neuron上發(fā)表了題為Nicotine inhibits the VTA-to-amygdala dopamine pathway to promote anxiety的文章，闡明了尼古丁刺激腹側(cè)被蓋區(qū)(ventral tegmental area, VTA) à 杏仁核(amygdala) 多巴胺能(Dopamine, DA)神經(jīng)元引起焦慮行為的新機(jī)制[3]。（圖1）
圖1
研究者們首先對(duì)尼古丁刺激后VTA區(qū)多巴胺能神經(jīng)元的電生理特性進(jìn)行了觀察，結(jié)果顯示不同于對(duì)照組出現(xiàn)的單峰分布，尼古丁刺激后的多巴胺能神經(jīng)元放電頻率出現(xiàn)了雙峰分布，這是因?yàn)槠渲幸活?lèi)多巴胺能神經(jīng)元在尼古丁刺激后被激活，而另一類(lèi)則被抑制。而解剖學(xué)的角度也發(fā)現(xiàn)受抑制的神經(jīng)元比激活的神經(jīng)元更偏向于VTA的內(nèi)側(cè)，這些證據(jù)表明尼古丁的刺激使VTA區(qū)多巴胺能神經(jīng)元表現(xiàn)出兩種不同的亞型。（圖2）
圖2：尼古丁刺激后VTA多巴胺能神經(jīng)元表現(xiàn)出兩種不同亞型
為了進(jìn)一步研究這兩類(lèi)多巴胺能神經(jīng)元的特性，研究者們將關(guān)注點(diǎn)集中到了與多巴胺能神經(jīng)元相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路。他們分別在NAc的三個(gè)亞核團(tuán)：側(cè)殼(NacLSh)、內(nèi)側(cè)殼(NacMSh)和核芯(core)注射逆向示蹤劑RetroBeads(RB)，并在兩周后檢測(cè)尼古丁刺激時(shí)多巴胺能神經(jīng)元的活性。結(jié)果顯示投射在到NAc的多巴胺能神經(jīng)元中(RB+)，有93%的多巴胺能神經(jīng)元在尼古丁刺激時(shí)被激活，而只有7%的多巴胺能神經(jīng)元在尼古丁刺激時(shí)被抑制。這說(shuō)明大多數(shù)被尼古丁激活的多巴胺能神經(jīng)元投射到了NAc腦區(qū)。（圖3）
圖 3：尼古丁激活的多巴胺能神經(jīng)元多數(shù)投射到了NAc腦區(qū)
為了進(jìn)一步探索尼古丁抑制的神經(jīng)元投射到的腦區(qū)，研究者們運(yùn)用同樣的方法用RB逆向標(biāo)記了杏仁核的兩個(gè)亞核團(tuán)：基底外側(cè)杏仁核(basolateral amygdala, BLA)和中央杏仁核(central amygdala, CeA)。結(jié)果表明在投射到杏仁核的多巴胺能神經(jīng)元中，86%的神經(jīng)元都被尼古丁刺激所抑制，只有14%的神經(jīng)元被尼古丁所激活。這表明大部分被尼古丁抑制的多巴胺能神經(jīng)元投射到了杏仁核（圖4）。
圖4：尼古丁激活的多巴胺能神經(jīng)元多數(shù)投射到了杏仁核
研究者們利用光纖和多巴胺能傳感器實(shí)時(shí)記錄了尼古丁刺激后NAcLSh和BLA的多巴胺釋放情況。他們分別將psAAV-hSyn-GRAB注射到BLA和NAcLSh以檢測(cè)多巴胺的釋放情況，結(jié)果顯示尼古丁刺激會(huì)使NacLSh中多巴胺釋放增多，但BLA中多巴胺釋放減少(圖5)。這進(jìn)一步解釋了尼古丁可以通過(guò)影響多巴胺的釋放進(jìn)而影響VTA à NAc和VTA à Amg通路的激活或抑制。
圖5：尼古丁刺激改變多巴胺能神經(jīng)元的多巴胺釋放
作者觀察到無(wú)論腹腔注射還是腦立體定位VTA腦區(qū)注射尼古丁后，小鼠在高架O迷宮開(kāi)放臂探索的時(shí)間明顯減少，即其表現(xiàn)出了明顯的焦慮行為。到底是什么原因使得尼古丁刺激后小鼠表現(xiàn)出了焦慮的表型呢？研究者們通過(guò)光遺傳學(xué)的手段分別操縱了上文發(fā)現(xiàn)的兩種多巴胺能神經(jīng)元亞型。研究者們分別將AAV-DIO-Jaws-eGFP(光刺激抑制神經(jīng)元活性)，AAV-DIO-hCatCh-YFP(光刺激激活神經(jīng)元)及AAV-DIO-YFP（對(duì)照）注射到了VTA區(qū)，并在4周后通過(guò)光遺傳學(xué)操控BLA的多巴胺能神經(jīng)元并觀察其在高架O迷宮的行為。
他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)投射到BLA的多巴胺能神經(jīng)元被抑制時(shí)，小鼠在開(kāi)放臂的探索時(shí)間顯著減少（更焦慮），而當(dāng)投射到BLA的多巴胺能神經(jīng)元被激活時(shí)，小鼠在開(kāi)放臂的探索時(shí)間則會(huì)增加（焦慮表型被緩解）（圖6）。這說(shuō)明抑制投射到BLA的多巴胺能神經(jīng)元在尼古丁介導(dǎo)的焦慮行為中起至關(guān)重要的作用。
圖6：激活杏仁核多巴胺能神經(jīng)元顯著性緩解小鼠焦慮
綜上，作者揭示了尼古丁通過(guò)抑制杏仁核多巴胺能神經(jīng)元導(dǎo)致焦慮行為背后的機(jī)制，提供了緩解尼古丁引起焦慮的潛在靶點(diǎn)。
總結(jié)圖：此工作證明了尼古丁刺激會(huì)激活VTAàNAc的多巴胺能神經(jīng)元并抑制VTAàAmgdala的多巴胺能神經(jīng)元。光遺傳學(xué)技術(shù)對(duì)這兩種途徑進(jìn)行雙向操縱的結(jié)果揭示了尼古丁刺激抑制VTAàAmgdala多巴胺能神經(jīng)元引起焦慮的機(jī)制。
病毒實(shí)驗(yàn)幫
公眾號(hào)底部菜單欄【新功能】上線(xiàn)！
免費(fèi)在線(xiàn)學(xué)習(xí)《國(guó)自然熱點(diǎn)研究》、《數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件操作教程》
一鍵下載《病毒使用手冊(cè)》、《高分文獻(xiàn)》
還有不定時(shí)的送新書(shū)、抽獎(jiǎng)活動(dòng)，趕緊來(lái)關(guān)注一波吧
參考文獻(xiàn)…
[1] Changeux J P. Nicotine addiction and nicotinic receptors: lessons from genetically modified mice [J]. Nat Rev Neurosci, 2010, 11(6): 389-401.
[2] Morel C, Fernandez S P, Pantouli F, et al. Nicotinic receptors mediate stress-nicotine detrimental interplay via dopamine cells' activity [J]. Mol Psychiatry, 2018, 23(7): 1597-605.
[3] Nguyen C, Mondoloni S, Le Borgne T, et al. Nicotine inhibits the VTA-to-amygdala dopamine pathway to promote anxiety [J]. Neuron, 2021, 109(16): 2604-15 e9. （原文）