大鼠中毒蕈碱-1受体和食欲素-1受体在认知灵活性方面的相互作用存在性别差异

《Brain Research》：Sex differences in interactions between the muscarinic-1 and orexin-1 receptors on cognitive flexibility in rats

认知灵活性受orexin-1受体与M1胆碱能受体交互影响，性别差异显著。摘要：

　　

Mutian Li|Jim R. Fadel|Joshua A. Burk

美国弗吉尼亚州威廉姆斯堡威廉与玛丽学院心理科学系

摘要

先前的研究表明，认知灵活性（即适应不同规则的能力）会受到食欲素和乙酰胆碱（ACh）调节的影响。由于食欲素和ACh之间存在强烈的神经连接，这两种神经递质系统可能会相互作用，从而影响认知灵活性。在本实验中，研究人员测试了通过药物手段操纵食欲素-1受体和毒蕈碱-1受体对大鼠认知灵活性的影响。实验前七天，大鼠接受了VU0453595（一种针对ACh M1亚型的正性别构调节剂）的腹腔注射，随后进行了一次规则转换的认知灵活性测试。在规则转换当天，大鼠在任务执行前被给予食欲素-1受体拮抗剂SB-334867或生理盐水。正如预期的那样，SB-334867增加了达到标准所需尝试的次数；而与生理盐水相比，VU0453595的处理导致雄性大鼠出现更多的退行性错误，雌性大鼠则出现更多的固执性错误。这些发现支持了食欲素系统和胆碱能系统之间存在相互作用并影响认知灵活性的观点，但这种相互作用对雄性和雌性的影响不同。

引言

认知灵活性是指根据情境和可用刺激调整心理过程和行为的能力（Guarino等人，2019年）。这种能力对于产生适当的社会和情绪反应以及完成日常任务至关重要。认知灵活性还与更好的生活结果相关，并且随着年龄的增长，认知灵活性本身也可能受损（Uddin，2021年）。

乙酰胆碱（ACh）系统的变化可能导致认知功能下降。一部分ACh神经元起源于基底前脑，并投射到负责认知和执行功能的脑区，如前额叶皮层和海马体（Picciotto等人，2012年）。ACh毒蕈碱受体拮抗剂（如东莨菪碱）会显著损害注意力、工作记忆和认知灵活性（Attoh-Mensah等人，2021年；Cammarata和Rosa，2022年；McQuail和Burk，2006年）。此外，阻断毒蕈碱-1（M1）受体可以再现广泛阻断毒蕈碱受体后观察到的一些效应（Robinson等人，2012年）。M1受体已被认为与认知灵活性有关（Hassani等人，2023年；Logue和Gould，2014年）。最近一项针对非人类灵长类的研究表明，连续七天给予M1亚型毒蕈碱ACh受体的正性别构调节剂（M1 PAM）可以增强认知灵活性（Hassani等人，2023年）。因此，现有证据表明M1受体可能是认知灵活性神经生物学机制的重要组成部分。

食欲素（也称为下丘脑分泌素）是另一种被认为与认知灵活性有关的神经递质系统。食欲素有两种形式：食欲素-A和食欲素-B，以及两种相应的受体：食欲素-1受体和食欲素-2受体（Kukkonen等人，2024年）。食欲素-A选择性地结合到食欲素-1受体上，而食欲素-B可以同时结合到两种受体上（Kukkonen等人，2024年）。通过基因敲除或受体拮抗剂下调食欲素水平会损害小鼠的认知灵活性（Durairaja和Fendt，2021年；Durairaja等人，2022年）。通过脑室内注射选择性食欲素-1受体拮抗剂SB-334867会损害认知灵活性，这进一步支持了食欲素-1受体对认知灵活性重要的观点（Durairaja等人，2022年）。

食欲素神经元支配基底前脑中的ACh释放神经元，为食欲素影响ACh释放提供了生物学基础（Fadel等人，2005年）。此外，在动物模型中，给予食欲素A可以增加前额叶中的ACh和谷氨酸释放，并改善由ACh调节的功能，如注意力（Fadel等人，2005年；Calva和Fadel，2018年；Calva等人，2018年）。Zajo等人（Zajo等人，2016年）发现，脑室内注射食欲素A可以在前额叶皮层胆碱能输入受损后部分恢复大鼠的注意力。这些发现共同支持了食欲素和ACh之间的相互作用可能有助于认知灵活性的观点。

本实验旨在探讨M1受体和食欲素-1受体在认知灵活性中的相互作用。实验中反复给予M1 PAM（VU0453595），然后在规则转换当天给予大鼠食欲素-1受体拮抗剂SB-334867或生理盐水。我们预期M1 PAM的反复给药会提高认知灵活性，而食欲素-1受体拮抗剂的给药会减弱这种效果。已有研究表明，雌性大鼠对食欲素的反应更为敏感（Durairaja和Fendt，2021年；Durairaja等人，2022年），因此我们纳入了足够数量的雄性和雌性大鼠以测试食欲素-1受体阻断对雌性大鼠认知灵活性的影响是否更大。

实验部分

实验对象

本实验共使用了47只（26只雌性）4个月大的Sprague-Dawley大鼠（Rattus norvegicus）。大鼠成对饲养在温度和湿度受控的饲养箱中，光照周期为14:10小时（早上6点开灯）。所有大鼠在训练前三到五天开始限制饮水，在测试期间及每次训练后10分钟内提供水。未进行测试时，大鼠每天可自由饮水。食物则随时提供。

测试：提示任务

图1B总结了提示任务的主要结果。VU0453595（VU0453595，生理盐水）× 性别的方差分析（ANOVA）在提示任务中未显示出达到标准所需尝试次数的显著差异（图1B）。两种条件下的遗漏次数也没有显著差异。总体平均遗漏次数为2.06次。

测试：反应任务

图1C-G总结了反应任务的主要结果。性别 × VU0453595（VU0453595，生理盐水）× SB-334867（SB-334867，生理盐水）的方差分析显示……

讨论

本实验旨在研究M1受体和食欲素-1受体在认知灵活性中的作用。先前接触M1 PAM（VU0453595）以及性别会影响大鼠在反应任务中规则转换时对食欲素-1受体拮抗剂SB-334867的反应。SB-334867显著增加了达到标准所需的尝试次数，这一效应与性别和M1 PAM的暴露无关。至于性别特异性效应……

作者贡献声明

Mutian Li：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，方法学设计，数据管理，概念构建。Jim R. Fadel：撰写 – 审稿与编辑，资源获取，资金筹集。Joshua A. Burk：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，资金筹集，概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了美国国立卫生研究院（R01 AG050518）的支持。作者感谢Rose Hsieh、Sanjoli Jain、Abner Joseph、Sarah Lee、Zach Mangan、Lillian Shee和Rayaan Siddiqui在技术上的协助。