Nat Neurosci ‖ 揭秘内侧视前区拮抗性介导压力引起的焦虑和父母行为

当今社会的快速发展给现代人带来了巨大的压力，越来越多的人普遍患有不同程度的焦虑症。焦虑本身是一种正常的情感表现，是个人对即将来临的、可能会造成的危险或威胁所产生的紧张、不安、忧虑、烦恼等不愉快的复杂情绪状态。适度的焦虑情绪能鞭策我们提前做好准备以更好地应对潜在威胁；而过度或持续存在的焦虑则会干扰记忆、思维等正常的心理活动，影响日常生活状态，严重时会形成情感性或生理性疾病。为改善现有的或开发新的焦虑症治疗策略，我们有必要彻底了解控制焦虑状态的神经回路。

已知焦虑是由大脑中广泛分布的神经网络控制的，以往的研究进展主要集中于杏仁核、终纹床核（BNST）、室旁核（PVN）等脑部区域神经网络对焦虑状态的调节，但介导焦虑状态启动、维持的关键结构和神经回路仍不明确，依然需要进一步的探索。

2021年2月1日，南加州大学Huizhong Whit Tao和Li I. Zhang团队在《Nature Neuroscience》杂志上发表了题为“Medial preoptic area antagonistically mediates stress-induced anxiety and parental behavior”的文章，揭示了小鼠内侧视前区（mPOA）的谷氨酸能神经元和GABA能神经元可拮抗性调节压力引起的焦虑和父母行为，阐明了mPOA是协调焦虑和父母行为的关键中心，并可能成为治疗焦虑症的靶向目标。

物理应激可激活mPOA谷氨酸能神经元

首先，作者给予了实验鼠几种不同类型的物理应激刺激，包括强迫游泳、电热板和电击，1小时后使用常用的评价小鼠焦虑水平的行为学实验：开场试验（OFT）和高架十字迷宫（EPM）试验测试应激对小鼠产生的焦虑作用。作者发现与对照组相比，实验组小鼠在OFT中心区和EPM开臂区探索的时间减少，表明暴露于压力源后小鼠的焦虑状态有所升高。

接着，作者通过c-fos染色检测在应急刺激后大脑的哪些区域表现出急性或长时间的活动。结果显示，与对照组相比，三种应激刺激下的实验鼠的mPOA中c-Fos蛋白表达水平均呈现明显升高，表明应激条件下小鼠mPOA区表现出了急性或长期反应。并且c-Fos和2型囊泡谷氨酸转运体(Vglut2) 信号的共定位结果表明，在激活的mPOA神经元中80%以上都是谷氨酸能神经元；钙信号监测也证明了mPOA谷氨酸能神经元可被各种类型的物理应激源急性激活；并且在应激源刺激下mPOA谷氨酸能神经元自发放电活性增加的时间与应激后焦虑状态持续的时间相一致。

物理应激激活mPoA谷氨酸能神经元

激活mPOA谷氨酸能神经元诱导负价和焦虑行为

为测试mPOA是否与应激诱导的焦虑有关，作者使用光遗传学刺激Vglut2-Cre小鼠的mPOA谷氨酸能神经元，并进行了双室（LED-on/LED-off）实时位置偏好测试（PPT），结果显示，mPOA谷氨酸能神经元被激活的Vglut2-Cre鼠在LED-on室的时间极少，激活mPOA谷氨酸能神经元会让小鼠产生厌恶情绪。

接着，作者进一步探索增加mPOA谷氨酸能神经元活性是否可以显著增强焦虑样行为。发现通过LED光的连续刺激，实验鼠在OFT中心区和EPM开臂区探索的时间均减少，并出现瞳孔扩张和运动量增加的高度警觉状态，而高唤醒和高警觉的行为状态与焦虑相关。同样地，作者还采用化学遗传学方式激活小鼠mPOA谷氨酸能神经元，得到的结果与光遗传学刺激的现象相一致。另外，多项补充实验也证实，强烈激活mPOA谷氨酸能神经元能明显引起小鼠的极度厌恶情绪。这些结果表明，mPOA谷氨酸能神经元活性的增加促进了小鼠焦虑样行为的产生。

mPOA谷氨酸能神经元的激活会增强焦虑行为

抑制mPOA谷氨酸能神经元能减轻焦虑行为

既然mPOA谷氨酸能神经元能诱导并增强焦虑的发生，那么抑制其活性是否能减轻小鼠焦虑行为的发生呢？对此作者展开了研究。使用化学遗传学以及光遗传学技术沉默Vglut2-Cre鼠的mPOA谷氨酸能神经元，结果表明，与对照组相比，实验鼠在OFT中心区和EPM开臂区探索的时间要更长，这些结果表明，抑制mPOA谷氨酸能神经元能减轻应激源诱导的小鼠焦虑样行为。

沉默mPOA谷氨酸能神经元可以减少应激诱导的焦虑行为

mPOA拮抗调节社会压力诱发的焦虑和父母行为

以往的研究表明mPOA与社会行为有关，如养育子女和社会偏好。那么，mPOA是否也在社交诱发的焦虑中发挥作用呢？作者将一只年轻的雄鼠(作为入侵者)/外来幼仔引入一只未交配过的雄鼠笼中，OFT和EPM测试结果表明这一操作加强了原雄性小鼠的焦虑样行为，说明雄性入侵鼠和外来幼仔对原雄性小鼠来说是一种社会压力源。通过钙活性成像，作者发现与入侵鼠或外来幼仔的互动引发了原雄性小鼠mPOA谷氨酸能神经元钙活性的大幅增加。相比之下，当未交配的雄性小鼠与雌性入侵鼠互动，或未交配的雌性小鼠与外来幼仔互动时，没有观察到钙活性的增加。以上结果表明，mPOA谷氨酸能神经元可以被社会性压力刺激激活，但不能被社会性奖励激活。

而利用光遗传学沉默掉mPOA谷氨酸能神经元后，作者发现当小鼠再次处于社交压力时，原雄性鼠与入侵雄鼠间的攻击行为大大减少，并且OFT和EPM测试结果也显示小鼠焦虑样行为减轻，这表明mPOA谷氨酸能神经元也介导了由社会压力诱导的焦虑行为的表达。此外，mPOA谷氨酸能神经元的失活也在很大程度上抑制了原雄性鼠对外来幼仔的攻击行为，而父母行为有所加强。作者还通过其他的分析证实，即便是在非应激状态下，沉默mPOA谷氨酸能神经元也能减少焦虑样行为，这说明，mPOA谷氨酸能神经元也可以调节基础水平的焦虑样行为。

综上所述，当焦虑状态被抑制时，社会攻击减少，而父母行为则会得到加强（雌雄鼠均如此），mPOA介导的情绪状态与社会行为密切相关。

mPOA谷氨酸能神经元拮抗调节社会压力诱导的焦虑和父母行为

mPOA-PAG通路调节焦虑行为

接下来，作者探索了mPOA的下游靶点，通过荧光示踪发现GFP标记的mPOA谷氨酸能神经元的轴突强烈地投射到PAG（中脑导水管周围灰质）、下丘脑外侧区和上乳头体三个区域，但是通过光刺激实验观察到，只有当mPOA到PAG的通路被光激活时才会诱导小鼠产生焦虑行为，因此作者将研究重点放在了PAG上。

作者将AAVretro-Cre（1.5×10E14 GC/ml，维真生物提供）注射入Ai14小鼠（Cre依赖tdTomato报告基因小鼠）的PAG中，对mPOA神经元进行逆行标记。首先，作者通过光激活mPOA谷氨酸能神经元，在记录的PAG神经元中观察到LED诱发的单突触兴奋性突触后电流（EPSCs），证实了PAG神经元能接收来自mPOA的直接兴奋性输入，确认了功能连接性。接着，作者在自由活动的小鼠PAG上方植入光纤通过光刺激来特异性地激活mPOA谷氨酸能终末端，经过多项测试作者发现，刺激后小鼠表现出的焦虑样行为与直接刺激mPOA的结果相类似。为进一步证明mPOA-PAG通路的作用，作者利用光遗传学刺激双向（顺行和逆行）实验验证，得到的结果与刺激mPOA-PAG轴突的结果一致，均表现为焦虑样行为的减轻。此外，作者还通过化学遗传学特异性沉默mPOA谷氨酸能神经元→PAG轴突末梢，同样发现焦虑样行为的减轻，上述实验共同证实了mPOA谷氨酸能神经元-PAG通路促进产生焦虑样行为。

接着，作者又进一步研究了谷氨酸能mPOA→腹侧被盖区（VTA）通路是否参与调节焦虑。结果发现谷氨酸能mPOA→腹侧被盖区（VTA）的轴突数量稀疏，这些轴突的激活仅引发了小鼠较弱的厌恶行为，但不影响焦虑相关行为。一系列数据指出，mPOA谷氨酸能神经元主要通过投射到PAG区增强焦虑样行为。

mPOA神经元的逆行标记

mPOA GABA能神经元在调节焦虑和父母行为方面起相反的作用

已知在mPOA中超过一半的神经元是GABA能神经元，于是，作者针对“GABA能神经元是否也在调节焦虑行为中发挥作用”这一问题展开了探讨。使用Slc32a1-Cre (Vgat-Cre)小鼠，光激活mPOA GABA能神经元后，雌雄鼠均产生了强烈的正面情绪，同时在OFT中心区和EPM开臂区探索的时间均明显增加。此外，mPOA GABA能神经元的激活也增强了雌雄鼠的父母行为，同时减少了攻击行为。这说明，mPOA GABA能神经元和谷氨酸能神经元在调节焦虑状态和父母行为方面发挥相反的作用。

mPOA GABA能神经元在调节焦虑和父母行为方面起相反的作用

接着，通过光激活Vgat-Cre-Ai14小鼠的mPOA GABA能神经元，作者监测到强光诱导的单突触抑制性突触后电流（IPSCs），这说明GABA能神经元可局部抑制谷氨酸能神经元，并且脑片钳记录显示GABA能神经元对PAG神经元有直接抑制性输入。此外，光激活GABA能神经元→PAG后，小鼠产生了正面情绪，焦虑行为减轻，同时其父母行为增强。以上数据表明，mPOA GABA能神经元不仅通过局部抑制谷氨酸能神经元，而且通过向PAG输入竞争性(即抑制性)投射的方式，拮抗谷氨酸能神经元的方式调节焦虑和父母行为。

最后，作者通过细胞类型特异性逆行追踪实验，发现mPOA可能整合了来自LS、BNST和PVN等多个脑区的信息输入，进而调节焦虑行为。