Neuron：應激透過抑制外側僵核突觸傳遞進而損壞獎賞介導的認知功能

對獎賞的追求會促進與獎賞關聯的目的導向行為發生，這個行為的調節依賴認知處理過程，也是認知功能的重要體現。應激在破壞機體自身穩態性的同時，也損害獎賞導向的認知功能。前額皮層腦區參與認知過程，是與認知功能密切相關的腦區。但是關於皮層下區域在認知過程的調節中具體有什麼作用還不清楚。外側僵核（lateral habenula，LHb）是與獎賞行為和情緒調節的關鍵腦區，負責將獎賞以及厭惡訊號傳遞至中腦邊緣系統。與此同時，也有證據顯示LHb透過影響小鼠決策行為以及空間記憶的提取進而參與認知過程。應激增加LHb腦區神經元活性，促進突觸長時程改變，這些細胞水平的功能改變是心境障礙疾病行為表現的作用分子基礎，而應激導致的決策行為受損同樣也是焦慮症和抑鬱症等精神疾病的重要表現。在此背景下，來自瑞士洛桑大學的研究人員於2021年02月02日在Neuron上面發文，研究LHb腦區神經元突觸可塑性與應激誘導的獎賞導向的認知受損行為之間的關係。

1. LHb腦區神經元興奮性突觸傳遞可預測小鼠在獎賞關聯的目的導向行為中的表現

圖1 LHb腦區神經元興奮性突觸傳遞指示小鼠T迷宮任務中的認知表現

作者首先利用T迷宮結合食物獎賞建立T迷宮獎賞關聯的目的導向行為正規化。T迷宮一側臂中放入食物，另一側臂中未放入食物。實驗分為訓練階段和測試階段。小鼠首先在第一天進行適應，一週後將兩側臂調換過來，進行正式檢測。與適應階段相比，小鼠花更少的時間進入有食物的臂，提示目的導向行為正規化建立成功，後續將小鼠把頭探向沒有放置食物的臂的次數作為評價指標，用選擇錯誤（Errors）進行表示。

透過LHb腦區注射腺相關病毒在神經元中表達GCaMP6f，在體鈣影像結果提示小鼠在進行錯誤選擇時神經元出現瞬時活性增高。而透過腺相關病毒表達光敏蛋白JAWS，在小鼠進行錯誤選擇時，透過光遺傳學的手段失活神經元則增加了小鼠Errors次數。進一步地，作者在離體腦片水平透過膜片鉗記錄發現，AMPA/NMDA比值（反應興奮性突觸傳遞強度）與小鼠Errors次數呈現負相關性。這些結果說明了LHb腦區神經元活性對小鼠目的導向行為具有指示作用，即神經元活性的增強有助於小鼠在目的導向行為中進行正確的選擇。

2. 急性應激損傷小鼠認知功能同時減弱LHb腦區興奮性突觸傳遞

圖2 急性應激損傷認知功能並降低LHb腦區神經元AMAPR介導的突觸傳遞

應激影響認知功能以及LHb腦區神經元突觸傳遞，因此，作者進一步檢測應激是否對獎賞關聯的目的導向行為具有類似的作用。在適應階段之後，急性應激（足底電擊）增加了小鼠在測試階段Errors次數並且降低在體鈣影像熒光強度。類似地，離體電生理也顯示急性應激進一步降低了AMPA/NMDA比值，免疫熒光則進一步證明了興奮性突觸傳遞降低與GluA1在突觸後表達降低有關。

3. 急性應激導致的LHb腦區AMPAR可塑性變化的環路基礎

圖3 急性應激抑制LHb腦區AMPAR介導的突觸傳遞沒有環路特異性

LHb腦區接受來自外側下丘腦（LH）、腳核心（EPN）、基底神經節、終紋床核（BNST）以及腹內側被蓋區（mVTA）等腦區的興奮性穀氨酸能投射。為進一步研究應激導致的LHb腦區神經元突觸傳遞抑制是否具有投射特異性，作者在LH、EPN、BNST以及mVTA等腦區分別注射順行示蹤病毒，上述腦區在LHb腦區均有明顯的投射纖維末梢，且被綠色熒光蛋白標記。後續在LHb腦區投射纖維末梢附近進行電生理記錄，用以研究特異性投射中興奮性突觸傳遞功能。結果顯示，在上述所有投射至LHb的環路中，急性應激均可抑制AMPAR介導的突觸傳遞，即這種現象廣泛存在於LHb腦區，並沒有環路特異性。

4. 急性應激抑制突觸傳遞與認知功能受損之間具有因果關係

圖4 抑制以及增強LHb腦區神經元AMPAR介導的突觸傳遞可分別模擬和改善應激導致的認知功能受損

前面的研究發現LHb腦區神經元興奮性突觸傳遞減弱與目的導向行為中的選擇錯誤數增高具有相關性，但是並沒說明兩者之間是否具有直接調控關係。為了進一步論證這個問題，作者首先採用化學遺傳學手段在LHb腦區表達hM3Dq，透過腹腔注射CNO，慢性啟用LHb腦區神經元，一方面可減低AMPA/NMDA比值，同時也增加小鼠在測試階段Errors次數。

Rac1是小GTPases家族中成員之一，具有增強AMPAR表達以及功能的作用。作者進一步透過腺相關病毒在LHb腦區表達光啟用的Rac1，在測試前40分鐘之內，採用473 nm的藍光照射，對Rac1進行時空特異性調控。研究發現，透過過表達Rac1增強AMAPR介導的興奮性突觸傳遞可逆轉急性應激導致的認知功能受損。

5. 總結

本文利用T迷宮結合食物獎賞建立T迷宮獎賞關聯的目的導向行為正規化，結合在體鈣成像以及離體膜片鉗等技術研究發現LHb腦區神經元活性增高（表現為AMPAR介導的興奮性突觸傳遞增強）有助於小鼠維持正常的認知功能，而急性應激透過降低突觸區域GluA1表達，進而減弱AMPAR介導的興奮性突觸傳遞，最終損傷認知功能。

編譯：金剛（brainnews創作團隊）

校審：Sheena/Van（brainnews編輯部）