急性应激诱导焦虑行为的神经分子机制：Pde4b 调控的 AUDGABA-S1TrSst回路研究

在探索急性应激诱导焦虑行为机制的难题上，青岛大学研究人员聚焦于初级体感皮层（S1）相关神经元展开研究。他们发现 S1TrSst神经元及 AUDGABA-S1TrSst通路在其中的关键作用，为治疗焦虑症提供了重要依据。

　　焦虑，这个在日常生活中并不陌生的情绪，在动物的生存中扮演着重要角色。当哺乳动物遭遇急性应激刺激时，会产生暂时的焦虑情绪，这有助于它们保持警惕，应对潜在威胁。然而，长期以来，急性应激诱导焦虑的神经和分子机制却如同迷雾，让科学家们难以捉摸。众多研究虽然已经发现了一些与焦虑相关的脑区，如腹内侧前额叶皮层、基底外侧杏仁核和腹侧海马体等，但对于急性应激究竟如何调节神经回路从而引发焦虑，了解还远远不够。在这样的背景下，青岛大学的研究人员开展了一项具有重要意义的研究，相关成果发表在《Cell Reports》上。

研究人员为了深入探究急性应激诱导焦虑行为的机制，运用了多种关键技术方法。他们使用了单细胞测序技术，分析特定神经元在急性应激后的基因表达情况；空间转录组测序技术，用于研究基因在特定脑区的表达变化；光遗传学和化学遗传学技术，精准调控神经元的活动。实验动物主要选用了 C57BL/6J 小鼠和 Sst-Cre 小鼠。

研究结果主要有以下几方面：

• 急性应激产生焦虑样行为并激活 S1Tr 神经元：通过经典的急性束缚应激（ARS）和强迫游泳测试（FST）诱导小鼠产生焦虑样行为，再利用旷场实验（OFT）和高架十字迷宫实验（EPM）评估发现，经历 ARS 或 FST 应激的小鼠在 OFT 中进入中心区域的频率和停留时间显著减少，在 EPM 中进入开放臂的频率、停留时间和探头次数也明显降低。同时，免疫荧光染色显示应激后 S1Tr 区域有大量神经元表达 c-fos 蛋白，表明 S1Tr 神经元可能与急性应激诱导的焦虑有关。
• S1Tr c-fos 阳性神经元主要是 Sst 神经元：对急性应激后 S1Tr 中的 c-fos 阳性神经元进行单细胞测序分析，发现 GABA 能神经元在 c-fos 阳性神经元中占比最高，其中 Sst 神经元又是 GABA 能神经元中数量最多的，这表明 S1Tr^Sst GABA 细胞可能与急性应激的效应相关。
• 急性应激诱导的焦虑与 S1Tr^Sst神经元低活性相关：利用钙成像技术在体评估急性应激对 S1Tr^Sst细胞实时活动的影响，发现应激小鼠的 S1Tr^Sst神经元在进入中心区域和开放臂区域时的钙瞬变活动相较于非应激小鼠减少，且这种低活性与小鼠在开放臂的停留时间减少相关，说明急性应激可诱导 S1Tr^Sst神经元脱敏，其低活性与焦虑反应有关。
• 抑制 S1Tr^Sst神经元模拟急性应激效应诱导焦虑：采用光遗传学和化学遗传学策略抑制 S1Tr^Sst神经元，结果显示小鼠在 OFT 和 EPM 中表现出显著的焦虑样行为，且运动活性无明显变化。此外，诱导 S1Tr^Sst神经元凋亡也能产生类似效果，表明抑制 S1Tr^Sst神经元可模拟急性应激诱导焦虑。
• 激活 S1Tr^Sst神经元缓解急性和慢性应激引发的焦虑：使用化学激活和光激活方法激活 S1Tr^Sst神经元，发现非应激小鼠在激活这些神经元后行为无明显变化，但应激小鼠在激活 S1Tr^Sst神经元后，在 OFT 和 EPM 中表现出显著的抗焦虑效果，且对运动活性无明显影响。同时，化学激活 S1Tr^Sst神经元还能改善慢性应激诱导的焦虑样行为，说明 S1Tr^Sst神经元参与调节急性和慢性应激诱导的焦虑样行为。
• S1Tr^Sst神经元接收来自 AUD 的直接输入调节急性应激诱导的焦虑：通过多种神经示踪技术，发现 S1Tr^Sst神经元接收来自次级听觉皮层背侧区域（AUD）、腹侧眶皮层（VO）和次级运动皮层（M2）的单突触输入。但只有抑制 AUD - S1Tr^Sst突触会使小鼠在 OFT 和 EPM 中表现出焦虑样行为，表明 S1Tr^Sst神经元接收来自 AUD 的直接输入来调节急性应激诱导的焦虑。
• 支配 S1Tr^Sst神经元的 AUD^GABA神经元参与急性应激诱导的焦虑：研究发现支配 S1Tr^Sst神经元的 AUD 神经元是 GABA 能抑制性神经元。抑制投射到 S1Tr 的 AUD^GABA神经元可减轻急性应激小鼠的焦虑样行为，说明 AUD^GABA神经元参与急性应激诱导的焦虑。
• 急性应激导致 AUD^GABA支配的 S1Tr 神经元中 PDE 介导的 cAMP 信号通路下调：通过空间转录组测序和相关分析发现，急性应激后 AUD^GABA - S1Tr^Sst投射中 Pde4b 等多个磷酸二酯酶（PDE）蛋白表达增加，cAMP 信号通路功能降低，ELISA 实验也证实急性应激小鼠 S1Tr 中的 cAMP 含量显著减少。
• 敲除 AUD^GABA-S1Tr^Sst神经回路中的 Pde4b 减少急性应激引发的焦虑和神经元低活性：设计并使用特异性敲低 Pde4b 的 AAV 病毒，发现敲除 AUD^GABA-S1Tr^Sst神经回路中的 Pde4b 基因，可使小鼠在 OFT 和 EPM 中对急性应激诱导的焦虑样行为产生显著抗性，且在焦虑样行为测试中，敲除 Pde4b 基因的应激小鼠 S1Tr^Sst神经元钙瞬变强度显著增加，表明敲除 Pde4b 可减少急性应激引发的焦虑和神经元低活性。

研究结论和讨论部分表明，该研究首次揭示了急性应激可激活 S1Tr^Sst神经元，但使其在后续焦虑样行为测试中产生低活性效应，最终导致焦虑样行为。S1Tr^Sst神经元接收来自 AUD 的 GABA 能抑制性神经元输入，且急性应激后 AUD^GABA-S1Tr^Sst神经回路中多个 PDE 上调，导致 cAMP 信号通路活性降低，而降低 S1Tr^Sst神经元输入中 Pde4b 蛋白可逆转急性应激诱导的焦虑样行为和神经元脱敏。这一研究为急性应激诱导焦虑的神经回路和分子机制提供了全新的见解，为治疗焦虑症等相关疾病奠定了重要的理论基础，有助于开发更具针对性的治疗方法，具有重要的科学和临床意义。