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作者∣孫婷婷 編輯∣鯊魚，Joker 排版∣佩奇 2019年2月26日，PNAS在線發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張智課題組的研究論文“Basolateral amygdala input to the medial prefrontal cortex controls obsessive-compulsive disorder-like checking behavior”。這項(xiàng)工作利用神經(jīng)環(huán)路示蹤（RV病毒）技術(shù)鑒定BLA-mPFC神經(jīng)環(huán)路，結(jié)合光遺傳病毒和化學(xué)遺傳病毒（AAV病毒）工具對(duì)環(huán)路在體調(diào)控，首次揭示了BLA-mPFC神經(jīng)環(huán)路在強(qiáng)迫檢查行為中的重要作用。孫婷婷博士研究生、宋字華博士研究生和田仰華博士為論文共同第一作者，張智和汪凱（安徽醫(yī)科大學(xué)）為共同通訊作者。該研究由國家自然科學(xué)基金“情感和記憶的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)”重大研究計(jì)劃、973和中國科學(xué)院B類先導(dǎo)腦功能聯(lián)結(jié)圖譜項(xiàng)目資助。  研究背景  強(qiáng)迫癥是一種較為普遍的精神疾病，以強(qiáng)迫觀念（反復(fù)不自主的一些想法）和強(qiáng)迫行為（如反復(fù)洗手、反復(fù)檢查以及儀式性動(dòng)作）為主要臨床特征。流行病學(xué)研究顯示，全球強(qiáng)迫癥的發(fā)病率約為1-3%，我國為5-10%，其發(fā)病機(jī)制尚不明確，臨床上沒有良好的治療手段。 皮層-紋狀體-丘腦-皮層（cortico-striato-thalamo-cortical, CSTC）通路，包括5-羥色胺、多巴胺和谷氨酸（glutamate, Glu）在內(nèi)的多種神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)失調(diào)，被認(rèn)為是強(qiáng)迫癥發(fā)病的神經(jīng)機(jī)制基礎(chǔ)。然而，由于不同的強(qiáng)迫癥癥狀（例如, 對(duì)稱/排序與清洗/潔癖）可能存在著特異的環(huán)路機(jī)制，所以單一的環(huán)路假說或遞質(zhì)假說均不足以闡釋強(qiáng)迫癥的病理機(jī)制，這些證據(jù)提示了強(qiáng)迫癥發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜性。然而，CSTC環(huán)路之外的系統(tǒng)是否及如何參與強(qiáng)迫樣行為，尚不清楚。影像學(xué)結(jié)果顯示，強(qiáng)迫癥患者的基底外側(cè)杏仁核（basolateral amygdala, BLA）活動(dòng)異常，而BLA 中90%的神經(jīng)元為谷氨酸能神經(jīng)元。因此，本研究以小鼠為模型，探究BLA 谷氨酸系統(tǒng)在強(qiáng)迫樣檢查行為中的作用。  研究結(jié)果 1.建立強(qiáng)迫樣檢查行為的小鼠模型和行為檢測方法 作者首先借助腹腔注射多巴胺激動(dòng)劑喹吡咯的小鼠出現(xiàn)檢查行為，建立了一種便捷的小鼠強(qiáng)迫癥檢查行為模型。為了探究強(qiáng)迫樣檢查行為的神經(jīng)環(huán)路，首先要設(shè)計(jì)一套用于小鼠強(qiáng)迫樣檢查行為的檢測方法。作者在透明的鼠籠中分別放置可自由攝取的10%蔗糖溶液和水，隨后每兩天給予小鼠注射喹吡咯或者生理鹽水。通過以上方法檢測小鼠強(qiáng)迫樣檢查行為。與生理鹽水組相比，喹吡咯處理組小鼠在訓(xùn)練30天后迅速表現(xiàn)出重復(fù)檢查行為，蔗糖溶液的飲用頻率和總時(shí)間增加 (P<0.05)(圖1, C和D)，而蔗糖溶液消耗無明顯變化。 為了排除蔗糖偏好對(duì)強(qiáng)迫樣檢查行為檢測的影響，作者調(diào)換了蔗糖溶液和水的位置，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與調(diào)換前相比，喹吡咯處理組小鼠在調(diào)換后對(duì)水的飲用頻率和總時(shí)間都增加了 (P<0.05)(圖1, F和G)。排除了小鼠蔗糖偏好對(duì)強(qiáng)迫樣檢查行為檢測的影響。 Figure 1. 強(qiáng)迫樣檢查行為的小鼠模型 2. BLAGlu→mPFCGABA→Glu 是強(qiáng)迫樣檢查行為的關(guān)鍵性環(huán)路 為了尋找參與強(qiáng)迫樣檢查行為發(fā)生與發(fā)展的特定腦區(qū)，作者在訓(xùn)練30天后觀察了c-Fos蛋白在大腦中的表達(dá)。與生理鹽水組相比，可以觀察到喹吡咯誘導(dǎo)的小鼠mPFC和BLA腦區(qū)有c-Fos大量表達(dá)（圖2）。 Figure 2. 喹吡咯誘導(dǎo)小鼠的mPFC、BLA區(qū)c-Fos大量表達(dá) 課題組利用病毒示蹤的方法，發(fā)現(xiàn)BLA的谷氨酸（BLAGlu）神經(jīng)元直接投射到內(nèi)側(cè)前額葉皮層（medial prefrontal cortex, mPFC）第2/3 層的谷氨酸（mPFCGlu）和GABA （mPFCGABA）神經(jīng)元上，并且mPFCGlu 神經(jīng)元還接受其核團(tuán)內(nèi)部的mPFCGABA 神經(jīng)元的抑制性纖維投射（圖3）。由此證實(shí)了BLAGlu→mPFCGABA→Glu 是強(qiáng)迫樣檢查行為的關(guān)鍵性環(huán)路，在隨后的光遺傳和化學(xué)遺傳實(shí)驗(yàn)中也得到了驗(yàn)證。 Figure 3. RV病毒工具對(duì)BLA和mPFC之間的連接進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BLA谷氨酸能纖維投射到mPFC的谷氨酸和GABA神經(jīng)元上。 結(jié) 論 作者的研究結(jié)果鑒定了一條在強(qiáng)迫樣檢查行為中關(guān)鍵性的BLAGlu→mPFCGABA→Glu 環(huán)路（圖4），該條環(huán)路的激活參與強(qiáng)迫樣檢查行為的形成。通過對(duì)環(huán)路結(jié)構(gòu)和功能的解析，將會(huì)為理解人類強(qiáng)迫癥的發(fā)病機(jī)制提供新的視野。
Figure 4. 強(qiáng)迫樣檢查行為中，BLAGlu神經(jīng)元活性增加，激活mPFC中的mPFCGABA神經(jīng)元和mPFCGlu神經(jīng)元，但mPFC中的mPFCGlu神經(jīng)元還接受核團(tuán)內(nèi)部的mPFCGABA神經(jīng)元的抑制性纖維投射，導(dǎo)致mPFCGlu神經(jīng)元活性降低。
文章涉及的病毒載體全部來自樞密科技： 1. 逆行跨單突觸示蹤：RV-EnvA-ΔG-DsRed，rAAV-EF1α-DIO-RVG，rAAV-EF1α-DIO-EGFP-2a-TVA； 2. 光遺傳：rAAV-EF1α-DIO-hChR2 (H134R)-mCherry，rAAV-EF1α-DIO-eNpHR3.0-eYFP； 3. 化學(xué)遺傳：rAAV-EF1α-DIO-hM3D(Gq)-mCherry，rAAV-EF1α-DIO-hM4D(Gi)-mCherry； 4. 對(duì)照：rAAV-EF1α-DIO-mCherry，rAAV-DIO-eYFP.
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