在压力环境下，人类和动物都会表现出食物摄入量减少，机体能量稳态遭到破坏，并表现出焦虑的表型。但在压力环境下给予非常可口的食物时，会出现“安慰性饮食”的特征，进食量会显著增加，会加速形成肥胖^[1]。

在通常情况下，下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活会触发小鼠皮质酮或人类皮质醇的释放，以重新调整急性应激下的能量状态^[2]。然而，在慢性压力条件下，这种稳态调控被打乱了，但我们对大脑如何感知这种持续的压力信号以及能量稳态和食物偏好是如何被调节的知之甚少。已有研究表明，弓形核(arcuate Nucleus,Arc)、外侧下丘脑(lateral hypothalamus, LH)和中央杏仁核(central amygdala ,CeA)等核团在控制摄食行为和能量消耗方面发挥关键作用^[3-5]。这些核团的活动也受到应激源类型和饮食类型的影响。但压力与应激反应和摄食通路如何相互作用以及如何控制下游通路仍不清楚。

 

近日，澳大利亚加文医学研究所的Herbert Herzog实验室通过行为学造模结合成熟的Fos标记以及病毒示踪的方式阐明了外侧缰核(lateral habenula,LHb)在压力情况下对放纵性饮食有重要的调节作用，并结合化学遗传，环路示踪病毒的运用探究了调控LHb的上下游环路^[6]。

 

为了确定在不同饮食下对慢性应激反应不同的特定大脑区域，研究者们给成年小鼠喂食两周的普通食物或高脂食物（high-fat-diet,HFD），或者给予HFD及慢性应激刺激（HFD combined with stress, HFDS） (图1A)。在对摄食相关脑区的Fos染色结果显示，HFDS组Fos在LH,PVT及Arc的上调减弱（图1B-D），HFDS在与压力、焦虑和奖赏行为相关的LHb脑区Fos的上调也弱于HFD（图1F、G）。这个结果暗示LHb可能通过整合多个核团的信号进而调节摄食行为和能量平衡。

图1: HFD和HFDS情况下脑内Fos表达情况

 

为了探索LHb的具体作用，研究者们采取了基于Fos的TetTag技术。他们向WT小鼠LHb区注射AAV-PFos-tTA和AAV-PTRE-tight-GFP，然后分别给予HFD或对照饮食(图2A)。组织学结果显示在HFD组的LHb有明显的GFP信号，但HFDS组和对照组的LHb区基本没有观察到GFP信号（图2B）。为了弄清楚HFD时LHb激活的神经元类型，研究者们向NBL10小鼠脑内LHb区注射AAV-PFos-tTA和AAV-PTRE-tight-GFP（图2C），并对收集到的神经元进行了qPCR实验，结果显示这些神经元是Npy1r阳性的（图2G）。

 

图2: HFD情况下激活的LHb神经元呈Npy1r阳性

 

为了验证LHb区Npy1r⁺神经元的作用，研究者们通过化学遗传学的方式向Npy1r^Cre/+小鼠的LHb区注射AAV-hSyn-FLEX-hM4D(Gi)-mCherry病毒（图3A），进而可以通过CNO抑制LHb区Npy1r⁺神经元（图3B）。研究者们通过在抑制HFD小鼠LHb区Npy1r⁺神经元的活动时对小鼠的生理行为进行观察发现，抑制HFD小鼠LHb区Npy1r⁺神经元活动后，HFD小鼠摄食量、能量代谢显著增多（图3E、G），但饮水量和呼吸频率不受影响（图3F、H、I、J）。而在向Npy1r ^lox/lox 小鼠LHb注射AAV-GFP-Cre病毒后从而敲掉LHb的Npy1r后（图4A），HFDS引起的体重增加明显减弱了。这说明LHb的Npy1r信号通路在压力引起的肥胖过程中起非常重要的作用。

 

图3:抑制LHb区Npy1r⁺神经元促进饮食

 

图4:敲除LHb的Npy1r会减弱压力引起的肥胖

 

那又是哪些脑区在调控LHb的Npy1r⁺神经元呢？研究者们通过逆向病毒示踪的技术探索了LHb区Npy1r⁺神经元的上行脑区。他们在WT小鼠LHb区注射了retroAAV-FLEX-GFP病毒，结合AAV-Cre的病毒（图5A），研究者们确定了CeA^M和LH是LHb的上游核团（图5A）。为了确定在CeA和LH是否有Npy⁺神经元投射至LHb的Npy1r⁺神经元，研究者们又向Npy ^Cre/+ 鼠的LHb注射了retroAAV-FLEX-GFP病毒和AAV-Cre的病毒（图5B），这时仅在CeA^M观察到了GFP的信号（图5B），这说明CeA^M的Npy⁺神经元投射至LHb的Npy1r⁺神经元。研究者们还做了进一步的验证，他们在Npy ^Cre/+ 鼠的CeA^M注射AAV-FLEX-Tdtomato-T2A-SypEGFP，此时仅在CeA^M观察到了tdtomato和GFP的信号（图5C），这说明Npy⁺神经元仅在CeA^M出现。

 

图5：retroAAV示踪发现LHb的上游核团为CeA^M

 

LHb的Npy1r⁺神经元的下游又是什么呢？研究者们通过顺行病毒示踪技术进行了探索。他们向Npy1r ^Cre/+鼠的LHb注射了AAV-FLEX-tdTomato-T2A-SynEGFP（图6A），结果在VTA区观察到了GFP信号（图6D），这说明LHb的Npy1r⁺神经元会投射至VTA。

 

图6: LHb Npy1r⁺神经元投射至VTA

 

接下来研究者们对 LHb Npy1r⁺ -> VTA调控摄食行为的有效性进行了探索。他们借助光遗传学的技术，向Npy1r ^Cre/+ 的LHb注射了pAAV-CAG-DIO-ChR2(H134R)-eYFP（图7E）。在光遗传激活时，VTA区明显观察到Fos上调（图7G、I），并且小鼠进食显著减少（图7J、K），并且小鼠的焦虑行为明显减弱（图7L、M、N）。

 

图7:光遗传激活LHb Npy1r⁺ -> VTA可明显抑制摄食及焦虑行为

 

综上所述，这项研究清楚地发现了LHb Npy1r⁺神经元是在压力条件下调控享乐型摄食行为的关键核团，研究者们通过研究发现了CeA^M  Npy -> LHb Npy1r⁺ -> VTA这条神经环路，阐明了压力引起美食摄入背后的神经生物学机制。

在本篇文献中研究人员的实验设计就能够很好的套用我们总结的神经领域的实验设计，是一篇典型的神经环路研究的文章。本文中大量使用了工具病毒，吉凯基因也提供相关操作病毒的包装，感兴趣的老师可以进行相关咨询。

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