中科院深圳先进院揭示外侧隔核调控奖赏效应新机制
中科院深圳先进院揭示外侧隔核调控奖赏效应新机制
中国科学院深圳先进技术研究院朱英杰团队在Neuron杂志上发表重要研究成果，揭示了外侧隔核（LS）调控奖赏效应的分子和环路机制。研究发现，LS中的Esr1神经元群能够响应不同类型的奖赏刺激，并通过去抑制方式激活伏隔核脑区多巴胺能神经元释放多巴胺。此外，成瘾性药物可显著增加LS-Esr1神经元释放多巴胺，但不影响LS-NTs神经元和LS-SST神经元钙离子活性。
外侧隔核（LS ）具有复杂的分子表达特征，广泛性表达催产素受体、 精氨酸加压素受体、促肾上腺皮质激素释放因子受体（CRH)、雌激素受体和多巴胺 D3 受体等多种受体，在情绪和奖赏行为中发挥关键作用。LS脑区CRH阳性神经元参与应激引起的焦虑样行为。药理学抑制LS脑区神经元活性可减弱可卡因引起的条件性位置偏好行为。
LS-Esr1神经元可响应不同类型的奖赏刺激
研究人员通过单细胞测序技术进一步揭示了LS脑区转录组学特征，对其中26个基因进行原位测序，并发现了7个细胞亚簇，Vgat基因标记的亚群1广泛分布在隔核，Calb2基因标记的亚群2分布在腹外侧隔核（LSv)和内侧隔核，Sst基因标记的亚群3分布在背外侧隔核（LSd)，Esr1基因标记的亚群4特异性分布在LSv，Nts基因标记的亚群5特异性分布在中央外侧隔核（LSi)，亚群6和7则广泛分布在LS区域。原位杂交实验也进一步发现Sst、Esr1、Nts分布主要表达在LSd、LSv和LSi。
研究人员利用光纤钙成像记录系统观察到巧克力食物引起LS-SST神经元钙离子活性小幅度下降，引起LS-NTs神经元钙离子活性先升高后降低，LS-Esr1神经元钙离子活性显著增加。社交奖赏刺激几乎不引起LS-SST神经元钙离子活性变化，引起LS-NTs神经元钙离子活性降低，引起LS-Esr1神经元钙离子活性显著增加。成瘾性药物可引起LS-Esr1神经元钙离子活性更大幅度、长时程的显著增加，但不影响LS-NTs神经元和LS-SST神经元钙离子活性，这些结果表明仅LS-Esr1神经元可响应不同类型的奖赏刺激。
LS-Esr1神经元通过去抑制方式激活VTA脑区多巴胺能神经元释放多巴胺
在实时条件性位置偏好实验中光激活LS-Esr1神经元引起小鼠在刺激一侧停留时间增多，表明存在奖赏效应，但光激活LS-NTs神经元和LS-SST神经元并不奖赏效应。病毒示踪实验发现LS-NTs、LS-SST、LS-Esr1神经元存在基底前脑、下丘脑视前区、海马、乳头体上核等多个共同的输出脑区。LS-Esr1神经元可投射到奖赏关键核团腹侧被盖区（VTA），但LS-NTs、LS-SST神经元几乎不投射到VTA。
光激活LS-Esr1→VTA环路后具有奖赏特性，并主要引起VTA脑区抑制性突触后电流，很少引起多巴胺能神经元放电活动。光激活LS-Esr1→VTA环路后可显著增加VTA脑区多巴胺能神经元活性，并能促进伏隔核（NAc）脑区多巴胺的释放，表明LS-Esr1神经元通过去抑制方式激活VTA脑区多巴胺能神经元。
逆行病毒示踪实验发现LS-Esr1神经元接受来自于VTA脑区多巴胺能输入。顺行示踪病毒结合全脑透明化技术也进一步证实VTA脑区多巴胺能神经元可投射到LS-Esr1神经元。社交奖赏或巧克力食物奖赏并不能引起LS-Esr1神经元释放多巴胺，但成瘾性药物可显著增加LS-Esr1神经元释放多巴胺。进一步通过表达破伤风毒素轻链（TeNT）病毒工具特异性地阻断LS-Esr1神经元的突触输出后并不影响小鼠摄入巧克力，也不影响社交行为，但可显著阻断成瘾性药物的觅药行为。
成瘾性药物促进LS-Esr1神经元表达HCN离子通道基因
电生理实验发现反复暴露成瘾性药物后显著增加LS-Esr1神经元动作电位发放频率，这与环核苷酸门控阳离子通道(HCN离子通道)相关。单细胞测序结果发现LS-Esr1神经元表达Hcn1基因。原位杂交实验发现反复暴露成瘾性药物后显著增加LS-Esr1神经元Hcn1基因表达，特异性敲除Hcn1后尽管不影响成瘾性药物引起的条件性位置偏好行为，但可显著阻断过度活动。
总结
本文通过单细胞测序揭示了外侧隔核基因的空间组学特征，并发现一类特异性表达在LSv区域的Esr1神经元群调控奖赏效应。