背侧纹状体神经炎症通过破坏星形胶质细胞功能导致过度目标导向行为控制

本刊推荐：为解决强迫症等精神疾病中行为控制障碍的神经机制问题，研究人员开展背侧纹状体神经炎症对行为控制影响的研究，发现pDMS区神经炎症通过星形胶质细胞增殖导致过度目标导向行为（而非习惯形成），这一发现挑战传统观点并为治疗提供新靶点。

　　

在精神疾病研究领域，强迫症（OCD）和物质使用障碍（SUD）患者常常表现出无法控制的重复行为，这些行为违背患者自身意愿且带来负面后果。传统理论认为，这种强迫行为源于目标导向行为系统的破坏和习惯系统的过度依赖。然而，这一观点正受到新研究的挑战——有证据表明SUD可能更与目标导向控制相关，这一争议促使研究者从神经机制层面寻找答案。

神经科学领域经过三十年研究，已确立目标导向行为和习惯行为由纹状体-皮层网络中不同但平行的神经回路控制。经典研究表明，破坏其中一个回路会使行为转向另一个控制系统，模拟出强迫症患者的行为变化。但这些研究使用的实验方法（如损伤或药理失活）并不能很好模拟SUD和OCD等疾病中实际的神经紊乱——这些疾病中通常没有大范围的神经元沉默或死亡，或者这些变化仅在疾病晚期出现，远晚于症状显现。

近年来，研究开始关注压力作为精神疾病的常见诱因，而神经层面的压力效应很可能通过神经炎症实现。尸检和神经影像学研究一致报道，强迫症患者纹状体中存在神经炎症。因此，研究团队决定通过在大鼠模型中诱导生理相关的神经病理变化，来探究其对目标导向与习惯行为控制的影响。

研究人员将革兰氏阴性细菌内毒素脂多糖（LPS）注入大鼠后背侧纹状体（pDMS），诱导局部神经炎症反应，随后通过一系列行为学实验评估大鼠的行为选择能力。特别重要的是结果贬值测试，该测试能有效检测目标导向行为：保持选择性反应（对有价值结果的反应多于贬值结果）反映对结果价值的敏感性和行动-结果关联性的认知——这是目标导向行为的两个定义特征。

选择pDMS作为靶点是因为该区域被确认为啮齿类动物"目标导向行为的神经解剖学 locus"，且与人类尾状核同源，而后者在强迫症患者中表现出升高的神经炎症标志物。行为学实验发现，纹状体神经炎症导致过度目标导向控制，免疫组化结果提示星形胶质细胞在这一行为中发挥作用。因此在最终实验中，研究人员在相同行为测试中化学遗传学激活pDMS星形胶质细胞上表达的hM4Di受体，以确定目标导向行为控制是否依赖于完整的pDMS星形胶质细胞功能。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：使用Long-Evans大鼠进行立体定位手术注射LPS诱导神经炎症；通过帕夫洛夫工具转移测试、结果贬值测试和结果选择性恢复测试等行为学范式评估行为控制；采用免疫组化分析GFAP、IBA1和NeuN表达以量化神经炎症反应；利用全细胞膜片钳电生理技术记录中等多棘神经元（MSN）的电活动特性；通过化学遗传学技术（DREADD）特异性调控星形胶质细胞Gi通路活性。

背侧纹状体神经炎症导致大鼠过度行动控制

LPS在pDMS的定位如图1B,C所示。基于先前发现神经炎症加速海马体学习目标导向行动的功能，研究者推测pDMS的神经炎症可能同样增强pDMS功能，产生"过度"目标导向行动控制，即在通常缺乏这种控制的条件下仍能保持。因此，在第一系列实验中，他们创造了损害Sham组动物行动选择的条件，通过喂食相对高脂肪高蛋白的实验室饲料并采用轻度剥夺计划（初始体重的90-95%）来诱导低度饥饿和觉醒。

首先通过特异性帕夫洛夫-工具转移测试（图1A）检验线索引导的行动选择。由于轻度剥夺条件，预计对照组转移功能受损，表现为无论呈现何种刺激，各杠杆按压次数相等。但预计LPS组尽管在这些条件下仍能保持行动选择完整，即他们会更多按压与当前刺激预测结果相关的杠杆（颗粒CS引发颗粒杠杆按压，蔗糖同理，相同>不同）。这一预测得到证实（图1D）。在任何获得阶段，Sham和LPS组之间进入食物盒和杠杆按压反应均无差异。测试中无组别主效应，但存在组别×转移交互作用，由LPS组的显著转移简单效应（相同>不同）驱动，而对照组无此效应。

接着评估无刺激条件下的目标导向控制，采用结果贬值（图1A）。鉴于轻度剥夺条件，预测Sham对照组的贬值效应相对于LPS组会减弱。如预测所示，观察到组别×贬值交互作用，两组均存在显著简单效应，但Sham组较小，LPS组较大（图1E，插图显示价值-贬值差异分数）。此测试还有组别主效应，表明LPS组总体反应更多。组间差异特定于杠杆按压，因为预喂消费（图1G）或测试期间进入食物盒（图1F）无组别差异。

工具重新训练后，测试结果选择性恢复（图1A）。由于选择性恢复并非目标导向，预计它不受轻度剥夺条件或pDMS神经炎症影响。这一点得到确认，无组别主效应，两组均显示完整恢复，即意外颗粒交付恢复颗粒杠杆反应，蔗糖交付同样恢复蔗糖杠杆反应（恢复>未恢复，图1H），有恢复主效应，无组别交互作用。

随后探索标准剥夺条件下组别差异是否持续，此时Sham对照组应保持目标导向行动，LPS动物不再"过度"。短暂重新训练后，大鼠进行相同转移、贬值和恢复测试。此次任何测试表现均无组别差异：转移主效应（相同>不同）、贬值主效应（价值>贬值）、恢复主效应（恢复>未恢复），均无显著组别主效应或交互作用。

腹内侧纹状体（伏隔核核心）神经炎症保留工具反应，但增加对帕夫洛夫食物线索的敏感性

为测试神经炎症对目标导向控制效应的区域特异性，将LPS注入NAc核心并重复相同行为程序。基于预实验结果，在标准剥夺条件下进行训练和测试。NAc核心神经炎症不影响任何训练或测试期间的工具反应。尽管NAc核心神经炎症似乎减弱贬值（图1O），但无统计支持，无组别×杠杆交互作用。这种减弱可能源于竞争性食物盒进入反应升高，组别主效应。LPS组在帕夫洛夫条件期间也更多进入食物盒，组别主效应。再次，这些差异并非由进食或食欲变化引起，因为预喂消费无组别差异。

这些结果表明，尽管NAc核心神经炎症未改变工具反应，但当杠杆按压的反应竞争缺失（帕夫洛夫训练）或因饱食减少（贬值测试）时，它增强了对食物的帕夫洛夫反应（食物盒进入）。由于对帕夫洛夫线索的反应增强也被认为促发强迫样倾向，如果可转化，这些结果提示纹状体内神经炎症的不同分布可能是强迫性的多面来源。

背侧纹状体神经炎症阻止大鼠形成习惯

接着确认pDMS神经炎症在标准剥夺条件下通过阻止习惯产生过度目标导向控制。训练新大鼠队列使用随机间隔计划按压单杠杆，这可可靠产生习惯；随后进行渐进比率测试以确定pDMS神经炎症是否改变动机本身（图2A）。接着通过氯化锂注射诱导条件性味觉厌恶进行贬值（贬值组），而价值组接受生理盐水注射。预计Sham对照组显示习惯行为（价值=贬值），而LPS组保持目标导向（价值>贬值）。

组间杠杆按压获得无差异，尽管LPS组有更大反应趋势。重要的是，行动-结果配对次数无组别差异。LPS组在渐进比率测试中有更高断点，组别主效应，校正基线按压率后仍显著。如预期，贬值测试期间LPS组表现对贬值敏感，而对照组不敏感。无组别主效应，但存在组别×贬值交互作用，由LPS组完整贬值简单效应（价值>贬值）和Sham组无效应（价值=贬值）组成。这些发现表明pDMS神经炎症既增加动机，又在对照组习惯化时维持目标导向控制。

免疫组化结果提示星形胶质细胞在过度目标导向控制中的作用

最终目的是研究pDMS神经炎症如何导致过度目标导向控制。首先对图1和2进行行为测试的动物组织进行免疫组化分析（图1B和2B显示评估区域）。对于图1的pDMS动物，LPS组星形胶质细胞标志物GFAP阳性细胞数显著高于Sham对照，小胶质细胞标志物IBA1阳性细胞数也显著更高，但神经元标志物NeuN阳性细胞数无显著差异。在习惯形成实验动物组织中也观察到类似结果。

除细胞计数外，LPS组在星形胶质细胞标志物GFAP和小胶质细胞标志物IBA1的信号强度和其他形态变化也升高。但除断点反应与IBA1细胞计数相关外，仅GFAP测量与组别表现不同的测试中的行动选择显著相关。重要的是，所有相关性均使用归一化至基线反应率的杠杆按压率计算，确保观察到的关联反映行为选择性（如价值>贬值）而非一般反应增加。因此，虽然星形胶质细胞和小胶质细胞增殖均与动机增加相关，但仅星形胶质细胞增殖与行动选择性增强相关。

神经炎症和星形胶质细胞Gi耦合受体化学遗传学兴奋差异改变相邻中等多棘神经元的放电特性

如果改变的星形胶质细胞功能是目标导向行动变化的基础，它可能通过改变附近神经元活动实现，因为星形胶质细胞过程不足够长以与目标导向控制的更广泛神经回路互动。为探索这一点，使用体外全细胞膜片钳电生理学确定pDMS中LPS注射如何改变中等多棘神经元（MSN）的放电特性。

向大鼠pDMS双侧注射LPS或生理盐水，6周后从急性脑切片记录。首先在静息膜电位（RMP）记录，然后在电压钳制-80mV下重复，与报道的MSN体内RMP一致。在-80mV电压钳制下，LPS MSN在去极化电流步骤协议后显示更去极化的AP阈值，而 rheobase、瞬时频率或峰峰间隔无变化。第一个AP也显示上升时间增加和振幅降低。此外，LPS MSN显示显著更去极化的后超极化（AHP）峰值。首次峰潜伏期、半宽或AHP位置无变化。这些放电模式提示pDMS中LPS影响细胞比对照更不易激活。结合行为结果，这些发现表明LPS在pDMS破坏精确兴奋/抑制平衡 necessary for appropriate control over actions，导致目标导向控制过度。

接着特异性操纵星形胶质细胞。与GFAP表达增加一致，先前研究化学遗传学激活DMS星形胶质细胞上hM3Dq DREADD观察到过度目标导向控制，尽管是在小鼠 undergoing 不同行为程序。因此，我们旨在扩展这些发现，采用能揭示pDMS星形胶质细胞在稳态形式下如何贡献于目标导向控制的程序。基于证据表明Gi-G蛋白耦合受体（GPCR）在纹状体星形胶质细胞上高表达，且激活这些受体可"校正"小鼠亨廷顿样和强迫样缺陷，使用星形胶质细胞特异性hM4Di DREADD检查Gi通路激活对神经元放电和行动选择的影响。

尽管先前研究调查了纹状体星形胶质细胞Gi-GPCR激活，但它们主要关注背外侧而非背内侧区。这很重要，因为现在多项研究证明星形胶质细胞功能在大脑内的区域特异性，即使在纹状体内。因此，为确立星形胶质细胞hM4Di激活对神经元放电特性的影响，向pDMS双侧注射GFAP-hM4Di-DREADD，从两个动物记录7个细胞，首先在人工脑脊液（ACSF）中，然后在浴应用hM4Di-DREADD激动剂DCZ（1μM）后。DCZ应用后，RMP显著更去极化，使细胞更接近AP阈值。接着，使用与LPS电生理实验相同的去极化电流步骤协议，AP阈值在RMP时更低，进一步缩小RMP和AP阈值之间范围。Rheobase也在DCZ应用后显著降低。DCZ应用在RMP时无其他AP轮廓或放电特性变化。还在电压钳制-80mV下记录，阻断DCZ诱导的RMP去极化，这导致无AP轮廓或放电特性变化。

这种MSN放电轮廓与LPS注射产生的轮廓形成对比，也与Kang等发现相反，他们发现激活hM3Dq转染星形胶质细胞减少MSN中兴奋性和抑制性突触后电位（EPSPs和IPSPs）。鉴于LPS和星形胶质细胞中hM3Dq激活均促进目标导向控制同时产生 distinct 神经元放电轮廓，我们假设激活pDMS星形胶质细胞上Gi受体会废除目标导向控制。尽管这在与先前发现损毁或失活此结构也废除行动控制的光线下可能显得反直觉，但近期发现描绘了目标导向行动必要条件的更细微图景。特别是，这些研究提出纹状体内空间组织的神经元集合必须以精确和互补方式行为（称为"行为音节"）以产生准确行动选择。我们的电生理结果表明激活pDMS星形胶质细胞中Gi通路破坏这种精确性，我们预计这会破坏目标导向控制必要的行为选择性。

化学遗传学激活背内侧纹状体星形胶质细胞中的Gi通路废除目标导向行动控制

上述结果表明，作为神经炎症反应一部分发生的星形胶质细胞活性和形态变化导致过度依赖目标导向行动。这暗示完整信号传导的星形胶质细胞在其稳态形式中——即未经历表型转向促炎样状态的星形胶质细胞——是完整目标导向控制所必需的。为测试这一想法，在标准剥夺条件下进行化学遗传学行为实验。图5A和图5B左下 panel 显示pDMS中AAV转染的代表性定位。图5C下 panel 显示GFAP和AAV-hM4Di-GFAP-mCherry的广泛共定位，上 panel 显示与NeuN无重叠，确认转染对星形胶质细胞的特异性。

帕夫洛夫和工具训练在没有DCZ给药的情况下进行，顺利进行。然而，动物在每个测试前25-30分钟接受车辆或DCZ注射以激活星形胶质细胞Gi通路。这阻止了转移，在接受活性病毒和DCZ的动物中受损（相同=不同），但在车辆（mCherry或hM4Di+Veh）和仅DCZ（mCherry+DCZ）对照组中完整（相同>不同）（图5D）。总体反应有边际减少，hM4Di+DCZ与对照组比较，对照组之间比较无差异。更重要的是，组别×转移交互作用，由mCherry+DCZ组和hM4Di+Veh组的完整简单效应组成，但hM4Di+DCZ组无效应。

这也阻止了结果贬值，对照组完整（价值>贬值），但hM4Di+DCZ组废除（价值=贬值）（图5D）。具体而言，总体反应无差异（两组别主效应），但存在组别×贬值交互作用，由hM4Di+Veh组完整贬值简单效应、mCherry+DCZ组边际简单效应和hM4Di+DCZ组无效应驱动。

最后，选择性恢复表现在所有组中均完整；无组别主效应（最大F为对照组间比较），但有恢复主效应（恢复>未恢复），无组别交互作用（图5E）。这表明激活pDMS星形胶质细胞中Gi通路并非简单复制pDMS损毁或失活后观察到的行为结果，后者已显示废除恢复以及贬值和转移。相反，这些发现证明星形胶质细胞在调节目标导向控制必要的神经元活动中具有独特作用。

讨论

研究表明，纹状体神经炎症作为强迫症的常见神经病理特征，驱动大鼠过度目标导向行动。首先，LPS诱导的pDMS神经炎症在通常引发习惯的条件下促进此类行动。这些效应具有行为特异性，因为它们不改变食物消费或选择性恢复。它们还具有解剖特异性：NAc核心神经炎症未显著破坏工具反应。电生理记录显示，总体而言，pDMS神经炎症降低MSN放电倾向，而星形胶质细胞上hM4Di受体的化学遗传学激活增加MSN放电趋势。与这些冲突效应一致，体内星形胶质细胞Gi激活破坏而非促进目标导向行动。

这些发现支持新兴假设，即具有纹状体神经炎症的个体，如强迫症患者，是在认知控制下行动，尽管不适当，在否则会引发习惯的条件下。对此解释的潜在混淆是观察到具有纹状体神经炎症的大鼠在渐进比率测试中也显示更高断点，表明更高动机水平。这原则上可以解释为什么早期队列中LPS组在低剥夺条件下显示目标导向控制。然而，这一解释无法说明为什么当在标准剥夺条件下训练的Sham大鼠已转向习惯控制时，LPS大鼠仍保持目标导向（即图2F）。实际上，增加的动机通常与更快习惯形成而非抵抗它相关。因此，虽然升高的动机可能贡献于某些表现方面，它无法解释完整系列行为结果。尽管如此，这些发现强调动机、习惯形成和目标导向控制之间复杂且有时反直觉的相互作用。

尽管主要焦点是阐明决策的神经机制，当前发现也可能提供对行动控制 disrupted across psychiatric conditions 中观察到的行为的转化洞察。例如，"过度目标导向"的解释契合一系列临床现象，包括SUD个体为获取药物采取的极端措施，或OCD个体执行强迫行动后瞬间的解脱感。它进一步与帕金森病（也显示显著纹状体神经炎症）个体过度目标导向的观察一致，这可能减慢他们的反应。当前关于线索引导行动发现的 results are similarly consistent with enhanced Pavlovian-instrumental transfer effects in rats that have learned to self-administer methamphetamine, and in humans with alcohol use disorder.

重要的是，我们不声称直接建模OCD或SUD。相反，我们解释我们的结果 as identifying a potential mechanism (striatal neuroinflammation) that may influence decision-making strategies relevant to, but not diagnostic of, these and similar disorders (e.g., PANDAS)。如果我们的发现可转化，它确实带来疑问为什么 several lines of evidence suggest that individuals with OCD and SUD over-rely on habits。以下观点帮助调和这些看法。首先，强迫症个体通常对单一目标显示强烈关注而忽视竞争目标。因此，如果 linking compulsivity to habits 的研究使用非个人显著的目标，参与者可能无动机或无法 directed their actions towards them。第二，神经炎症在强迫症个体大脑中分布不均，并且如这里和过去工作所见，不同大脑区域的神经炎症产生 distinct 行为结果。个体的主导行为策略因此可能取决于哪些大脑区域最受影响，或可能波动依赖于环境条件，这些条件可能优先驱动 cortical, thalamic, and/or nigral/tegmental inputs to different regions。最后， growing evidence that neuronal ensembles within the striatum encode specific sets of action-outcome contingencies。Depending on the distribution of neuroinflammation and how this interacts with these ensembles, this could promote behaviour that is more goal-directed or more habitual, respectively.

当前结果指向星形胶质细胞与这些神经元集合互动以产生目标导向行动，并且思考这可能如何实现是有趣的。目标导向行动由它们实现特定目标的特异性定义，例如为独特结果按压杠杆（左杠杆→颗粒，右杠杆→蔗糖），而习惯基于非特异性 prior experience of reinforcement 引发。因此，目标导向反应需要选择性激活存储正确反应-结果关联的神经集合，以及抑制替代集合。习惯反应不需要，反而依赖背外侧纹状体编码的程序过程。对于目标导向行动，这些集合由多巴胺1（D1）和D2表达MSN的精确、时间协调放电组成。星形胶质细胞 well-positioned 调节这种活性，因为它们接触D1和D2表达MSN程度相似，并表达介导多巴胺 evoked depression of excitatory neurotransmission 的D1受体。

最后，值得承认我们发现的两个限制。首先，尽管本研究中的LPS诱导神经炎症在行为测试时（手术后4-8周）可能已进展超过急性期，它可能未完全重现长期障碍个体经历的慢性神经炎症轮廓。这提出可能性，即纹状体神经炎症的行为影响可能随时间推移随着神经炎症反应演变而转变。第二，尽管当前结果支持稳态星形胶质细胞功能在目标导向行动控制中的作用，它们不排除其他机制的贡献，如小胶质细胞的表型反应。未来研究可能希望解决这些问题。

总之，我们的发现表明，强迫症个体经历的行动控制改变不太可能被简化为单一机制，而是多因素的，并识别纹状体星形胶质细胞作为恢复适应性行动控制的新潜在治疗靶点。未来研究应旨在澄清不同神经和胶质机制如何互动以塑造跨背景和随时间推移的决策策略。