平稳的情绪反应源于杏仁核神经血管耦合驱动应激编码

《Cell Research》：Smooth emotional response: amygdalar neurovascular coupling drives stress encoding

　　

神经血管耦合(neurovascular coupling, NVC)是与神经元活动、代谢需求及脑正常功能相关的基础机制。Ruan等人报道，基底外侧杏仁核(basolateral amygdala, BLA)的血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell, SMC)通过NMDA受体亚基GluN2D主动调节机体对应激的情绪反应。情绪灵活性在创伤后应激障碍(post?traumatic stress disorder, PTSD)等心境与应激障碍中发生改变，与BLA过度激活相符；BLA参与威胁检测、恐惧、奖赏及情绪加工等认知过程。研究人员聚焦于连接神经元、内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞的神经血管单元(neurovascular unit, NVU)，挑战NVC仅是神经元活动的被动代理这一传统观念，着重阐明BLA相关应激反应机制，特别关注作为脑血容量(cerebral blood volume, CBV)主动调节者的SMC。首先，研究人员建立由渐增强应激环境组成的稳健行为范式，证实BLA通过神经元c?Fos表达增加及循环皮质酮升高而被激活，排便次数作为负性情绪状态的无创指标；化学遗传学沉默BLA活性可削弱应激效应，支持BLA在此背景下参与负性情绪反应调节。谷氨酸能传递由兴奋性递质谷氨酸及离子型NMDA受体等介导，参与认知与脑可塑性；虽该系统的生物物理特性如受体亚基、激动剂/拮抗剂及对神经元功能的影响已被广泛描述，但其在神经血管调节中的作用仍研究不足。同一团队曾显示NMDA obligatory亚基GluN1参与小鼠大脑皮层神经元–微动脉SMC突触样传递。Ruan及合作者在此基础上剖析NMDA亚基GluN2在NVC功能中的作用，发现由Grin2d编码的NMDA亚基GluN2D在脑微动脉SMC中高表达；GluN2D既往在癫痫背景下被研究，近期与抗抑郁治疗疗效相关，但其在NVU水平情绪加工中的作用尚未探明。因此研究人员构建SMC特异性Grin2d条件性敲除(Grin2d?cKO)转基因小鼠以探究BLA相关情绪状态中GluN2D的贡献。旷场实验中40 cm arena作为轻度应激源，Grin2d?cKO小鼠表现为夸大的负性情绪反应、CBV降低、BLA神经元Ca2+信号及c?Fos表达升高，凸显GluN2D在此脑区应激条件下NVC的关键作用。为排除BLA外NVC功能障碍的干扰，将促进血管舒张的HET0016直接灌注至BLA，可挽救行为表型并降低应激诱导的BLA c?Fos表达及皮质酮释放。值得注意的是，靶向不同组分的多种NVC功能障碍遗传模型均呈现相似NVC缺陷及行为结局，包括高脂饮食模型。为解析GluN2D下游信号及作用于NVC的机制，研究人员进行免疫共沉淀联合质谱的非偏向性筛选，鉴定肌动蛋白结合蛋白caldesmon(Cald1)—专在血管壁细胞表达并调控肌球蛋白收缩性—为SMC中GluN2D互作蛋白。通过siRNA局部下调BLA内Cald1表达获得与Grin2d?cKO小鼠类似效应：c?Fos表达及皮质酮升高、负性情绪反应加剧；且Grin2d与Cald1敲低诱发相似变化但不叠加。为实现毫秒级NVC急性抑制，研究人员使用SMC光遗传学钳制血管直径，构建ChR2?SMC特异性转基因小鼠，光遗传刺激使BLA CBV快速下降约3%并致c?Fos所反映的神经元活动增强；此急性NVC抑制即使在应激中性环境中也引发情绪偏移，产生行为与生理应激反应，且未诱发组织缺氧或缺血性脑卒中。除轻度和急性应激外，研究人员采用两种高应激范式——looming assay及虚拟现实俯冲鹰模拟，Grin2d?KO小鼠表现早期运动活动及瞳孔直径恢复潜伏期延长，揭示NVC功能障碍驱动的冒险行为倾向，这与感觉探测或威胁评估受损无关，而是防御状态与持续威胁存在之间的分离；未来值得评估应激障碍患者BLA是否存在神经血管解耦联及经典恐惧记忆范式中的表现。鉴于阳离子内流经GluN2D驱动NVC，研究人员检索转录组数据库以寻找恢复电化学平衡及血流动力学稳态的阴离子通道调节因子，氯离子通透甘氨酸受体β亚基(glycine receptor subunit beta, GlyRβ；由Glrb编码)为非微动脉壁细胞特有且为首选候选。评估其分子与超微结构组织及神经元连接后，Glrb敲除挽救了BLA过度激活及NVU功能障碍，包括Grin2d:Glrb双转基因小鼠，模拟HET0016效应；虽然消除GlyRβ可挽救BLA及NVU功能异常，但其如何降低BLA活动尚需进一步研究。关键问题是NVC增强能否促进应激韧性：Glrb?cKO小鼠暴露于急性应激时BLA神经元激活、皮质酮释放及排便次数均减弱，BLA内递送Cald1 siRNA逆转此韧性表型，表明神经元激活下的恰当NVC是抵御有害应激结局所必需的。最后研究人员评估慢性应激后Glrb缺失是否足以促进韧性——尽管28天束缚应激，Glrb?cKO呈未应激对照样表型，BLA c?Fos+神经元及皮质酮低；但仍存在应激致体重减轻等生理变化，故未完全屏蔽。Ruan等人的工作是一项设计良好、多维度的研究，结合情绪评估、细胞特异性病毒与转基因操作、在体CBV及钙成像测量，其重要优势在于使用不同应激模型与遗传工具佐证SMC作为BLA情绪反应性中NVC主动调节者的角色，并强调脑血流调节在应激条件下超越单纯满足神经元代谢需求的重要性；NVU、血脑屏障及脑血流改变日益与情绪调节和精神疾病相关联，据研究人员所知，本文首次提出回路特异性神经血管通讯可作为缓解精神症状的干预新方向。需注意本研究仅使用雄性动物，心境障碍中存在性别特异患病率、症状及治疗反应差异，当前发现未必适用于两性；未来还需评估其他精神疾病神经元活动异常脑区是否存在神经血管解耦联及其是否长期编码于脑血管细胞(如通过表观遗传改变)。

论文解读：基底外侧杏仁核平滑肌细胞GluN2D介导的神经血管耦合调控应激情绪反应

本文发表于《Cell Research》（2026年），由Ruan J.等人完成。情绪灵活性在创伤后应激障碍（post?traumatic stress disorder, PTSD）等心境与应激障碍中发生异常，与基底外侧杏仁核（basolateral amygdala, BLA）过度激活密切相关；BLA参与威胁检测、恐惧、奖赏及情绪信息的认知加工。传统观点认为神经血管耦合（neurovascular coupling, NVC）仅是神经元活动的被动代理，即神经元激活引起局部脑血管舒张、增加脑血容量（cerebral blood volume, CBV）以满足代谢需求。然而神经血管单元（neurovascular unit, NVU）——由神经元、内皮细胞、星形胶质细胞及血管壁细胞（周细胞、血管平滑肌细胞vascular smooth muscle cell, SMC）组成——是否主动参与情绪调节尚不清楚，特别是BLA微动脉SMC上的离子型谷氨酸受体NMDA亚基在此过程中的作用此前未被探讨。该研究旨在明确BLA微动脉SMC中NMDA受体GluN2D亚基及其下游信号是否通过调节NVC影响应激相关的情绪反应，并验证增强NVC是否能促进应激韧性。研究人员发现SMC特异性缺失GluN2D导致BLA神经血管解耦联，引起BLA神经元过度激活、夸大负性情绪反应及应激激素升高；GluN2D经肌动蛋白结合蛋白caldesmon（Cald1）调控SMC收缩性从而影响CBV；而敲除甘氨酸受体β亚基（GlyRβ，由Glrb编码）可挽救上述表型并赋予慢性应激韧性。该研究表明BLA微动脉SMC是NVC的主动调节者，NVU功能直接参与适应性应激反应，为精神疾病的血管靶向干预提供了新思路。

主要关键技术方法

研究人员使用雄性C57BL/6背景的SMC特异性Grin2d条件性敲除（Grin2d?cKO）小鼠、Glrb?cKO小鼠及双敲除小鼠；构建ChR2?SMC特异性转基因小鼠行光遗传血管钳制；采用渐变强度应激环境、开阔场实验（40 cm arena作为轻度应激源）、looming assay及虚拟现实俯冲鹰模拟等高/低应激行为范式，以排便次数、皮质酮及瞳孔直径恢复为生理/情绪指标；通过c?Fos免疫荧光及在体钙成像评估BLA神经元激活，激光散斑或fMRI测CBV；Co?IP联合质谱筛选GluN2D互作蛋白并鉴定caldesmon（Cald1），以siRNA局部敲低Cald1验证；BLA内微量注射NVC调节剂HET0016（促进血管舒张）或Cald1 siRNA进行药理/基因功能挽救实验。

研究结果

BLA激活与Grin2d?cKO小鼠的负性情绪表型

研究人员建立渐变应激行为范式，证实应激使BLA神经元c?Fos⁺增多、循环皮质酮升高、排便次数增加，化学遗传学沉默BLA减弱应激效应。SMC特异性Grin2d敲除小鼠在轻度应激的开阔场中表现出夸大负性情绪反应、BLA CBV降低、BLA神经元Ca²⁺信号及c?Fos表达升高；BLA内直接灌注血管扩张剂HET0016可挽救行为表型并降低BLA c?Fos及皮质酮，证明GluN2D依赖的NVC功能障碍是BLA过度激活与情绪失调的原因。

GluN2D下游信号：GluN2D与Caldesmon（Cald1）互作

为解析机制，Co?IP联合质谱鉴定SMC中GluN2D互作蛋白为caldesmon（Cald1），一种仅表达于血管壁细胞、调控肌球蛋白收缩性的肌动蛋白结合蛋白。BLA局部siRNA敲低Cald1重现Grin2d?cKO表型（BLA c?Fos↑、皮质酮↑、负性情绪反应加剧），且Grin2d?cKO与Cald1敲低效应不叠加，表明二者在同一信号通路中，GluN2D经Cald1调节SMC收缩性进而影响CBV。

光遗传急性NVC抑制诱发情绪偏移

研究人员构建ChR2?SMC特异性转基因小鼠，光遗传刺激使BLA微动脉短暂收缩、CBV快速下降约3%，伴随BLA c?Fos表达升高；此急性NVC抑制即使在无应激的中性环境中也引发负性情绪行为与生理应激反应，且不造成组织缺氧或缺血性卒中，直接证明NVC急性解耦联本身足以驱动情绪及应激轴激活。

高应激范式下Grin2d?KO的行为特征

在looming assay及虚拟现实俯冲鹰高应激范式中，Grin2d?KO小鼠出现更早的运动启动及更长的瞳孔直径恢复潜伏期，表现为NVC功能障碍相关的冒险行为倾向；此表型并非感觉探测或威胁评估缺陷所致，而是防御状态与持续威胁存在间的分离，提示BLA神经血管解耦联可重塑防御行为模式。

GlyRβ（Glrb）敲除挽救NVC功能障碍并促进应激韧性

研究人员从转录组数据库筛选出氯离子通透甘氨酸受体β亚基（GlyRβ/Glrb），表达于非微动脉壁细胞并与SMC中GluN2D?Cald1通路形成电?化学平衡调节。Glrb?cKO单敲或Grin2d:Glrb双敲均挽救BLA过度激活及NVU功能障碍，模拟HET0016效应。急性应激下Glrb?cKO小鼠BLA激活、皮质酮及排便反应减弱，BLA内Cald1 siRNA可逆转此韧性；28天慢性束缚应激后Glrb?cKO仍维持低BLA c?Fos及低皮质酮（虽有应激性体重减轻），表明恰当的NVC是抵御有害应激结局的必要条件，增强NVC可促进应激韧性。

讨论与结论（翻译浓缩）

Ruan等人通过多维度实验证明BLA微动脉SMC并非NVC的被动参与者，而是通过表达NMDA受体GluN2D亚基感知谷氨酸能信号，经由Cald1调控血管舒缩以维持NVC；Grin2d缺失致BLA神经血管解耦联，使局部CBV不足、BLA神经元去抑制性过度激活，最终产生夸大负性情绪反应、应激激素升高及冒险行为倾向。GlyRβ（Glrb）缺失可恢复NVU功能并赋予慢性应激韧性。该工作首次提出回路特异性神经血管通讯可作为缓解精神症状的潜在治疗方向，强调NVU在情绪调节及精神疾病中的核心地位。需注意本研究仅使用雄性小鼠，性别差异及BLA以外脑区神经血管解耦联在精神疾病中的存在尚需后续验证。