人类以身体为中心的重复性行为(body-focused repetitive behaviors ,BRFBs)指的是针对身体的周期性非功能性行为(如拔头发和抓皮肤)^[1]。BRFBs可以调节情绪，使个体通过减少唤醒来控制负面情绪，并在压力下抵抗焦虑^[2]。虽然现在已经有心理学模型解决BRFBs，这些重复行为与情感关联的神经回路相关的机制在哺乳动物的大脑中仍不清楚。

与人类的BRFBs类似，许多动物在压力下会表现出自我梳理行为。自我梳理是一种类型保守的重复行为，包括重复的刻板动作（从鼻子到脸，到头部），最后以舔身体结束^[3]。已知的与自我梳理相关的啮齿动物大脑区域包括眶额皮质(orbitofrontal cortex,OFC)，腹侧纹状体(ventromedial striatum, VMS)，内侧/中央杏仁核(ventromedial striatum, MeA/CeA)，腹侧侧隔(ventral lateral septum, LSv)，腹侧纹状体岛(ventral striatal islands of Calleja,ICj)，三叉脊髓尾部核(caudal part of the spinal trigeminal Nucleus, Sp5C)，导水管周围灰质(periaqueductal gray, PAG)，下丘脑外侧(lateral hypothalamus, LHA)，小脑^[4-6]。然而，目前与重复行为相关的神经元如何连接并影响哺乳动物大脑中与情绪调节相关的神经元背后的机制尚不清楚。

2022年9月6日，上海交通大学黄菊团队在Neuron 在线发表题为“Excitatory SST neurons in the medial paralemniscal nucleus control repetitive self-grooming and encode reward”的研究论文，该研究表明内侧旁臂核（medial paralemniscal nucleus，MPL）中的兴奋性SST神经元控制重复的自我梳理行为并编码奖励，抑制MPL ^SST神经元会削弱小鼠应对压力刺激之后缓解焦虑的能力^[7]。

 

首先，研究者们观察了与奖赏相关的脑区LHA，并通过逆行病毒retroAAV-DIO-EGFP标记支配LHA相关的上级脑区，结果显示MPL区域呈现GFP、SST双阳性（图1A-C），即MPL可投射至LHA。在向SST-Cre小鼠的MPL区注射AAV-DIO-ChR2-mCherry从而进行光遗传学激活后发现，激活MPL^SST神经元会引起雌雄小鼠的理毛行为（图1D、E）。而通过向MPL区注射AAV-DIO-hM4D-mCherry进行化学遗传学抑制SST神经元电活动时（图2A、B），小鼠的理毛行为明显减少（图2C-E），且行为学结果显示小鼠的焦虑水平升高（图2F-K），这说明MPL^SST神经元参与调控小鼠理毛行为。

 

图1: MPL区SST神经元编码自我理毛行为

 

图2:化学遗传学抑制MPL SST神经元电活动减少小鼠理毛行为并增加焦虑

 

为了进一步研究MPL^SST神经元与理毛行为的关系，研究者们通过向SST小鼠的MPL区注射AAV-DIO-GCaMP7s对MPL^SST神经元进行了在体钙成像记录（图3A）。结果显示理毛行为与MPL^SST神经元电活动密切相关，并发现在理毛行为时，MPL^SST的神经元电发放显著增强（图3B），这些结果也表明MPL^SST神经元参与了理毛行为。

 

图3: MPL区SST神经元电发放与理毛行为正相关

 

为了进一步阐明与MPL^SST神经元参与的理毛行为相关的神经环路，研究者们通过逆行病毒示踪的方式向SST-Cre小鼠MPL脑区注射AAV-DIO-His-EGFP-2A-TVA标记MPL的上行脑区（图4A），结果显示MPL主要接受来自主要接受来自于中央杏仁核（CeA）、终纹床核（BNST）、腹外侧中脑导水管周围灰质（vlPAG）、下丘脑室旁核（PVN）、下丘（IC）和听觉皮层（Au）的输入（图4B）。在分别向这六个脑区注射AAV-DIO-ChR2-mCherry及向MPL区注射retroAAV-hSyn-Cre后，研究者们进而通过光遗传学方式分别激活这些环路并观察了小鼠的理毛行为，结果显示在激活CeA→MPL环路后可促进小鼠自我理毛行为，而在激活BNST→MPL或vlPAG→MPL环路后可抑制小鼠自我理毛行为，激活其他环路并不影响自我理毛行为（图4C-H）。

研究者们进一步又检测了MPL^SST神经元的下行脑区。研究者们通过向SST-Cre鼠的MPL区注射顺行病毒AAV-fDIO-mGFP标记MPL^SST神经元的下行脑区（图5A），结果显示MPL^SST神经元主要投射到下丘脑背内侧（DMH）、vlPAG、脑室周围区（PVA）、内侧视前区（MPO）、VTA 和 LHA（图5B、C）。光遗传学结果发现发现激活MPL到VTA、LHA/DMH和vlPAG的投射会引起明显的自我理毛行为，但激活到PVA和MPO的投射不会引起明显的自我理毛（图5D）。

由于MPL^SST神经元的下行脑区中包括和奖赏行为密切相关的VTA和LHA，研究者们接下来想弄清楚MPL^SST神经元是否也与奖赏行为相关。于是研究者们通过向SST Cre鼠的MPL区注射AAV-DIO-ChR2-mCherry通过光遗传学的方式激活MPL^SST神经元（图6A），并通过条件性位置偏爱（conditional place preference，CPP）实验观察到光激活MPL^SST神经元会促进小鼠呆在有光刺激的一侧，这说明MPL^SST神经元参与编码奖赏行为（图6B-D）。组织学结果显示，MPL-VTA主要投射至VTA区多巴胺能神经元。光遗传学激活MPL^STT神经元（在SST-Cre鼠MPL区注射AAV-DIO-ChrimsonR-tdTomato并给予光刺激）投射到VTA脑区多巴胺能神经元后可引起自我理毛行为（图7H-K），同时NAc区域多巴胺释放明显增加（NAc是VTA脑区多巴胺能神经元的主要靶向脑区），阻断NAc多巴胺受体信号（在NAc注射AAV-hSyn-DA2h，并给予光刺激）释放后可减弱自我理毛行为（图7H-K）。

 

图4:激活CeA →MPL神经环路促进小鼠理毛行为

 

图5:激活MPL→VTA/LHA/DMH/vlPAG神经环路都可促进小鼠理毛行为

 图6:光刺激MPL^SST神经元引起小鼠在CPP实验中呆在有光刺激的一侧
 

 

这项工作通过多种病毒示踪技术，结合光遗传学与化学遗传学调控，揭示了CeA→MPL^SST→VTA→NAc这条神经环路电路在小鼠自我梳理和应激后焦虑调节中的双重作用，并阐明了MPL^SST神经元在小鼠应激和奖励这两个过程中的重要作用。

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