山东大学陈哲宇团队发现不可预测威胁导致焦虑的神经环路机制

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山东大学陈哲宇团队发现不可预测威胁导致焦虑的神经环路机制

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澎湃

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近日，山东大学陈哲宇教授研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports发表重要研究成果，揭示了不可预测威胁导致焦虑的神经环路机制。研究发现vBNST脑区GABA能神经元在不可预测威胁中的特异性激活机制，以及IC和CeL对vBNST脑区的调控作用。此外，研究还发现了KCNQ3分子在调控焦虑中的关键作用，为焦虑症的治疗提供了新的思路。

生命科学
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机体面对各种形式的生存威胁，需要根据其受威胁的不同而做出相应的防御反应。威胁信号根据其预测性可分为两种：可预测威胁信号和不可预测威胁信号。可预测威胁信号一般是短暂的、即可发生的且具体的；而不可预测威胁信号往往是长时程、不具体的或者时间尺度模糊的。恐惧和焦虑是机体面对这两种不同威胁时表现出的两种不同的情绪反应。

2025年1月1日，山东大学陈哲宇教授研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports发表题为“Coordinated excitatory and inhibitory circuits governing unpredictable threat induced anxiety”的研究论文，探索了vBNST脑区GABA能神经元对不可预测威胁的特异性激活，发现了IC的兴奋性输入和CeL的抑制性输入在vBNST脑区GABA能神经元对区分可预测和不可预测威胁反应协同调控的神经环路机制，以及在不可预测应激导致的焦虑模型中vBNST脑区GABA能神经环路和vBNST脑区KCNQ3的表达对于焦虑样行为的调控机制，这对于理解不可预测导致焦虑的本质以及焦虑症的治疗提供了新的理解。

研究者首先建立了可预测和不可预测威胁反应的条件恐惧行为学模型，进一步利用在体光纤记录系统发现了vBNST脑区GABA能神经元对不可预测威胁的特异性激活。进而利用光遗传学实验证明vBNST脑区GABA能神经元的激活对不可预测威胁反应的必要性。

此外，通过标记并利用光遗传学激活vBNST脑区被不可预测威胁激活的细胞，研究者证明激活vBNST脑区被不可预测威胁激活的细胞能够诱发小鼠的焦虑样行为，这为不可预测威胁导致焦虑提供了直接的细胞水平的证据。

接下来的实验中，他们利用神经环路示踪技术，膜片钳电生理技术结合在体光纤记录及光遗传学，证明了IC到vBNST GABA能神经元的兴奋性传入及CeL到vBNST GABA能神经元的抑制性传入，且进一步证明IC到vBNST GABA能神经元的兴奋性传入在可预测和不可预测威胁中都激活，而CeL到vBNST GABA能神经元的抑制性输入只在可预测威胁中激活。这种来自CeL的前馈抑制是vBNST脑区GABA能神经元被不可预测威胁特异性激活的关键神经环路机制，也是机体能够区分可预测和不可预测威胁信号的关键。

最后，通过构建不可预测应激导致的焦虑模型，研究者进一步探究了vBNST GABA能神经元在焦虑发生中的作用和机制。在神经环路层面，他们发现vBNST GABA能神经元在焦虑造模后神经活性升高，且vBNST GABA能神经元通过分别投射到下游脑区CeM和vlPAG调控焦虑样行为和恐惧行为。在分子层面，他们通过TRAP-Seq，筛选出了面对不可预测威胁及焦虑造模后vBNST GABA能神经元中异常降低的分子KCNQ3。通过在vBNST脑区GABA能神经元中过表达KCNQ3或注射KCNQ3激动剂可以抑制vBNST GABA能神经元在焦虑后的异常激活进而缓解焦虑。

综上所述，本研究发现了调控不可预测威胁导致焦虑的兴奋性和抑制性的协同神经环路，vBNST脑区GABA能神经元作为核心脑区通过投射到CeM实现不可预测威胁信号到焦虑发生的转换。在此过程中，作为调控vBNST脑区GABA能神经元活性的关键分子KCNQ3可作为潜在的焦虑治疗的分子靶点。