迷走神经催产素受体信号的功能侧化：经下丘脑室旁核催产素神经元分别调控摄食与社会情感行为

《iScience》：Lateralized vagal oxytocin receptor signaling separately controls feeding and socioemotional functions via hypothalamic oxytocin neurons

　　

：下丘脑室旁核的催产素神经元（PVHOxt）调控摄食、焦虑和社会行为。激活表达催产素受体（Oxtr）的迷走感觉神经元可激活这些PVHOxt神经元并改善食欲亢进性肥胖；然而，它们在焦虑和社交能力中的作用仍不清楚。在此，研究人员通过单次腹腔内（IP）注射催产素（Oxt）或化学遗传学方法激活雄性小鼠中表达Oxtr的迷走神经元。IP注射Oxt减少了焦虑样行为、增强了社交互动并抑制了摄食，同时激活了迷走感觉神经元和PVHOxt神经元。这些效应被PVHOxt神经元的化学遗传学抑制或中枢Oxtr阻断所消除。膈下迷走神经切断术揭示了功能侧化：右侧迷走神经切断消除了抗焦虑和亲社会效应，而左侧迷走神经切断阻断了摄食抑制。一致地，左侧神经元的化学遗传学激活抑制了摄食，而右侧激活减少了焦虑并增强了社交能力。这些发现将表达Oxtr的迷走感觉神经元确定为一个主要的外周通路，其中左侧和右侧输入差异性地控制摄食和社会情感行为。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

催产素（Oxytocin，Oxt）是一种由9个氨基酸组成的肽类激素，主要在下丘脑室旁核（paraventricular nucleus，PVH）和视上核（supraoptic nucleus，SON）中合成。部分催产素神经元投射至垂体后叶并将Oxt释放入血液循环，作为经典神经垂体激素调控子宫收缩和射乳等外周生理功能；同时，许多Oxt神经元向多个脑区发送轴突，以神经递质或神经调质的形式调控中枢功能。中枢释放的Oxt不仅参与能量稳态的调控，包括摄食行为、葡萄糖和脂质代谢及能量消耗，还参与焦虑和社会行为等精神功能的调节。

迷走感觉神经可检测来自外周器官的多种信号并将其传递至中枢神经系统，从而参与摄食、代谢和精神功能的调控。近年来的单细胞转录组分析显示，迷走感觉神经元可根据基因表达谱分为多个亚类。其中，表达催产素受体（Oxt receptor，Oxtr）的迷走感觉神经元已被证明在摄食调控中发挥关键作用。这些神经元的胞体位于双侧颈节状神经节（nodose ganglia，NG），中枢突投射至孤束核（nucleus of the solitary tract，NTS）和最后区（area postrema，AP），外周突支配胸腹部器官。然而，这些表达Oxtr的迷走感觉神经元的生理作用在很大程度上仍不清楚。

既往研究通过腹腔内（intraperitoneal，IP）注射Oxt激活这些神经元，进而刺激下丘脑室旁核催产素神经元（PVH^Oxt神经元），改善食欲亢进、肥胖和2型糖尿病。PVH^Oxt神经元已知不仅调控摄食，还调控焦虑和社会行为相关回路。此外，肥胖和2型糖尿病是抑郁症的确定危险因素。因此，通过表达Oxtr的迷走感觉神经元激活PVH^Oxt神经元，不仅可能改善代谢紊乱，还可能改善与抑郁症相关的焦虑和社交行为缺陷。然而，这些神经元在焦虑和社交能力中的作用此前尚不清楚，且左右两侧迷走神经的功能是否存在侧化差异也未被系统研究。本研究正是基于这些问题展开。

二、研究设计与主要技术方法

本研究使用C57BL/6J雄性小鼠、Oxt-ires-Cre小鼠和Oxtr-iCre小鼠作为实验对象，其中部分小鼠经高脂饮食诱导肥胖（diet-induced obese，DIO）。主要技术方法包括：单次腹腔内注射Oxt作为药理学手段激活外周Oxtr信号；采用化学遗传学（DREADD）技术，通过向单侧NG微注射AAV载体选择性激活或抑制表达Oxtr的迷走感觉神经元；采用AAV介导的shRNA在右侧NG实现Oxtr特异性敲低；采用膈下迷走神经切断术（subdiaphragmatic vagotomy，SDVx）区分左右侧迷走神经的贡献；采用在体光纤光度测定（fiber photometry）实时记录PVH^Oxt神经元活动；采用pERK1/2免疫组化评估神经元激活；通过高架十字迷宫（elevated plus maze，EPM）和三箱社交互动测试（three-chamber social interaction test，SIT）评估焦虑样行为和社交行为，并测定摄食量。

三、研究结果

1. 1.
   单次腹腔内注射Oxt通过外周Oxt受体减少焦虑、增强社交行为并抑制摄食

在正常C57BL/6J雄性小鼠中，IP注射Oxt（400 nmol/kg）显著增加了EPM中开放臂停留时间，表明抗焦虑效应；该效应被外周作用型Oxtr拮抗剂L-371,257共给药所消除。在SIT中，IP Oxt显著增加了小鼠侧嗅探区鼻戳时间，表明亲社会行为增强，该效应同样被L-371,257消除。IP Oxt还显著抑制了暗期开始后1小时和3小时的累积摄食量，此效应亦被L-371,257完全阻断。此外，IP Oxt在DIO小鼠中同样表现出摄食抑制、抗焦虑和亲社会效应。

1. 2.
   IP Oxt通过外周Oxt受体信号激活节状神经节、孤束核和下丘脑室旁核催产素神经元

IP注射Oxt后15分钟，左侧和右侧NG中pERK1/2阳性神经元比例显著增加，内侧NTS中pERK1/2阳性神经元数量也显著增加，这些激活均被L-371,257完全消除。皮下注射Oxt（400或1,600 nmol/kg）未激活NG或NTS中的pERK1/2表达，而IP和SC葡萄糖给药引起的血糖升高幅度相当，排除了系统吸收差异的干扰。光纤光度记录显示，IP Oxt注射后PVH^Oxt神经元Ca²⁺信号在约6分钟达到峰值并在30分钟内恢复至基线，该反应被L-371,257显著抑制。IP Oxt还显著增加了PVH中Oxt mRNA表达，该上调被双侧膈下迷走神经切断术所消除。

1. 3.
   PVH^Oxt神经元和中枢Oxtr信号对Oxt诱导的抗焦虑和亲社会反应是必需的

在Oxt-ires-Cre小鼠PVH双侧注射AAV2-hSyn-DIO-hM4Di-mCherry实现PVH^Oxt神经元的化学遗传学抑制后，CNO预处理完全消除了Oxt诱导的c-Fos表达，并显著减弱了Oxt诱导的摄食抑制、抗焦虑和亲社会效应。此外，通过侧脑室插管给予中枢Oxtr拮抗剂OVT可完全消除Oxt诱导的EPM开放臂时间增加和SIT社交互动增强。这些结果表明外周Oxt给药通过外周和中枢Oxtr信号调控摄食、焦虑和社交行为。

1. 4.
   外周Oxt作用由左右侧迷走传入神经不对称介导

在假手术小鼠中，IP Oxt显著增加EPM开放臂时间、增强SIT社交互动并抑制摄食。在左侧膈下迷走神经切断术（Left-SDVx）小鼠中，Oxt的抗焦虑和亲社会效应得以保留，但摄食抑制效应被消除。相反，在右侧膈下迷走神经切断术（Right-SDVx）小鼠中，Oxt的抗焦虑和亲社会效应被消除，而摄食抑制效应得以维持。这些结果证明外周Oxt通过左侧迷走神经抑制摄食，而通过右侧迷走神经减少焦虑和增强社交行为。

1. 5.
   选择性激活左右侧Oxtr表达迷走传入亚类驱动不同行为反应

在Oxtr-iCre小鼠左侧或右侧NG局部注射AAV2-hSyn-DIO-hM3Dq-mCherry，实现单侧表达Oxtr的迷走感觉神经元的选择性化学遗传学激活。mCherry阳性神经元仅出现在注射侧NG，占左侧NG神经元的11.0%和右侧NG的13.0%，与Oxtr-iCre;Ai9小鼠中tdTomato阳性神经元比例相当，表明转导效率较高。激活左侧Oxtr表达迷走传入神经元不影响EPM或SIT行为，但显著减少了CNO给药后1至6小时的累积摄食量。相反，激活右侧Oxtr表达迷走传入神经元显著增加了EPM开放臂时间和SIT中对目标小鼠的嗅探时间，且仅在2至3小时轻度减少摄食。这些结果直接证明Oxtr表达迷走传入神经元分为功能侧化的亚类，左侧主要介导摄食抑制效应，右侧介导抗焦虑和亲社会效应。

1. 6.
   右侧迷走感觉神经元中的Oxtr对IP Oxt的抗焦虑和亲社会效应是必需的

将编码小鼠Oxtr shRNA的AAV2-U6-mOxtr shRNA-EGFP微注射至右侧NG，可显著降低右侧NG中Oxtr mRNA表达而不影响Glp1r或Cckar表达。在注射乱序shRNA的对照小鼠中，IP Oxt显著增加EPM开放臂时间和SIT嗅探时间；而在右侧NG Oxtr敲低小鼠中，IP Oxt对焦虑样行为和社交行为均无影响。IP Oxt在对照和Oxtr敲低小鼠中均显著抑制摄食。相反，在Oxtr-iCre小鼠左侧NG注射AAV2-hSyn-DIO-hM4Di-mCherry实现左侧Oxtr表达迷走感觉神经元的化学遗传学抑制后，Oxt诱导的摄食抑制被显著减弱。这些结果证明右侧迷走感觉神经元中的Oxtr对IP Oxt的抗焦虑和亲社会效应是必需的。

四、讨论与结论

本研究使用单次IP给药Oxt作为药理学手段激活Oxtr表达迷走感觉神经元，证明其不仅抑制摄食，还减少焦虑样行为并增强社交能力。这些效应需要激活表达Oxtr的迷走感觉神经元，进而驱动PVH^Oxt神经元活动以调控摄食、焦虑和社交行为。通过DREADD技术选择性操控各侧Oxtr表达迷走传入神经元的活动，结合右侧节状神经节的Oxtr选择性敲低，研究确定了功能侧化：左侧神经元介导摄食抑制，而右侧神经元控制焦虑和社交能力。化学遗传学激活左侧Oxtr表达迷走感觉神经元选择性抑制摄食，而激活右侧对应神经元产生抗焦虑和社交接近反应。相反，化学遗传学抑制左侧Oxtr表达迷走感觉神经元减弱了Oxt诱导的摄食抑制，而右侧节状神经节的Oxtr敲低消除了其抗焦虑和社交接近效应而不影响摄食抑制。因此，外周Oxtr信号并非参与单一统一通路，而是通过一个侧化的迷走网络差异性协调不同的行为输出。

研究人员指出，尽管IP Oxt的部分效应可能涉及直接中枢作用，但行为效应主要通过迷走感觉通路介导。IP Oxt在400 nmol/kg剂量下优先激活迷走感觉神经元，而高剂量皮下给药可能额外招募迷走非依赖机制。关于Oxtr表达迷走传入如何激活PVH^Oxt神经元的详细神经回路仍需进一步阐明，NTS可能作为重要中继站。本研究还发现PVH^Oxt神经元活动持续时间（约15分钟）与行为效应出现时间（1小时）存在时间分离，可能与下游神经回路的持续活动或光纤光度法检测局限有关。功能侧化的解剖基础可能包括左右侧节状神经节神经元在支配器官数量、分子和神经化学特征及中枢投射方面的差异。

研究结论：激活Oxtr表达迷走感觉神经元不仅有助于摄食抑制，还产生抗焦虑和亲社会效应。这些发现表明该Oxtr表达神经元群体在生理和行为过程调控中发挥多方面作用。鉴于迷走神经刺激（vagus nerve stimulation，VNS）已被用于治疗耐药性癫痫、难治性抑郁症、焦虑症和肥胖，本研究发现的Oxtr表达迷走感觉神经元经PVH^Oxt神经元调控摄食、焦虑和社交行为的机制可能构成VNS治疗效应的机制之一。临床用于癫痫和抑郁症的VNS主要靶向左侧颈迷走神经以避免心血管副作用，而本研究揭示的侧化功能提示未来的神经调控策略应考虑这种侧向特化以实现选择性和微创治疗效果。鉴于肥胖和抑郁症的高共病率，适当刺激双侧Oxtr表达迷走传入神经元可能为同时治疗多种疾病提供可能。