腹侧海马动机控制系统的跨突触神经回路图谱

《Brain Structure and Function》：Transsynaptic neural circuit mapping of ventral hippocampus motivational control systems

　　

腹侧海马参与食物摄入调节及一系列动机和记忆过程，其功能障碍与多种认知和行为障碍相关。然而，其回路层面的组织尚未完全阐明。腹侧CA1（CA1_v）神经元向多个参与动机控制的脑区发出投射。研究人员在此聚焦于三个主要前脑靶区：伏隔核壳部（ACBsh）、内侧前额叶皮层（mPFC）和下丘脑外侧区（LHA）。研究人员利用互补的跨突触顺行和逆行病毒示踪方法，在大鼠中绘制了由这些靶区投射定义的CA1_v神经元的上游和下游回路。使用ATLAS（一种新型跨突触顺行病毒方法，可在从CA1_v接收突触传递的神经元中驱动Cre重组酶）靶向至ACBsh、mPFC和LHA的单突触输出。随后，利用Cre依赖的顺行病毒示踪策略绘制了这些既定通路产生的二阶投射。同时，使用条件性逆行糖蛋白缺失狂犬病毒方法，绘制了投射至每个下游靶区的CA1_v神经元的上游输入。顺行示踪揭示了共享和通路特异性的二阶靶点，包括CA1_v的双向投射。逆行示踪确认了预期的输入（例如CA3），并揭示了先前未被识别、且在不同下游投射定义的CA1_v亚群中存在差异的皮层来源。总之，这些发现描绘了连接CA1_v神经元与关键动机系统的通路特异性、多节点回路，这可能为涉及腹侧海马功能障碍的疾病提供未来的治疗策略。

**论文解读：腹侧海马CA1_v投射动机控制系统的多节点神经回路图谱**

**研究背景**

海马（Hippocampus, HPC）不仅在学习记忆中扮演核心角色，还广泛参与调节奖赏动机行为、食欲、热量消耗及体重控制。腹侧海马（vHPC）的功能障碍与抑郁症、精神分裂症及物质滥用等神经精神疾病密切相关。其中，腹侧CA1区（CA1_v）被证实是调控食物摄入和食物动机行为的关键节点，它向前脑多个与动机控制相关的脑区（如伏隔核壳部ACBsh、内侧前额叶皮层mPFC、下丘脑外侧区LHA）发出直接投射。然而，关于这些投射通路如何在更复杂的多节点神经网络中发挥功能，其上游输入和下游二阶靶点的全貌尚不完全清楚。传统的示踪方法难以揭示超越单突触连接的多级回路。因此，本研究旨在利用新型跨突触病毒示踪技术，系统解析CA1_v至ACBsh、mPFC和LHA这三条与动机和摄食调控密切相关的投射通路的上游输入来源及下游二阶输出靶点，从而构建更完整的神经回路框架，为理解腹侧海马功能及开发相关治疗策略提供依据。该研究发表于《Brain Structure and Function》。

**主要技术方法**

研究人员采用互补的跨突触顺行和逆行病毒示踪方法，在雄性Sprague-Dawley大鼠（来自Envigo, Indianapolis, IN；出生后60-70天）中进行研究。主要关键技术包括：1. **ATLAS顺行跨突触示踪**：一种新型病毒方法，通过将ATLAS_sncre病毒注入CA1_v，同时在ACBsh、mPFC或LHA注入Cre依赖的荧光报告病毒（FLEX-tdTomato），从而特异性标记接受CA1_v单突触投射的二阶神经元及其投射。2. **条件性逆行狂犬病毒示踪**：将辅助病毒（含Cre依赖的TVA受体和狂犬病毒G糖蛋白）注入CA1_v，同时将逆行Cre病毒注入ACBsh、mPFC或LHA，随后将EnvA包被的糖蛋白缺失狂犬病毒（EnvA-SAD-B19-RVΔG tdTomato）注入CA1_v，从而特异性标记投射至特定下游靶区的CA1_v神经元的上游单突触输入。

**研究结果**

**1. 顺行示踪来自三个不同脑区（接受CA1_v单突触投射）的二阶投射**

研究人员使用ATLAS方法，分别追踪了CA1_v-mPFC、CA1_v-ACBsh和CA1_v-LHA三条通路下行的二阶投射。
- **CA1_v-mPFC通路**：其二阶投射的轴突密度最高（最常见值）的脑区包括内侧隔核（MS）和CA1_v本身。外侧隔核（LS）、LHA和扣带回前部（ACA）在总轴突密度上评分最高。
- **CA1_v-ACBsh通路**：其二阶投射的轴突密度最高（最常见值）的脑区包括LS和LHA。终纹床核（BST）、LS和LHA在总轴突密度上评分最高。
- **CA1_v-LHA通路**：其最显著的二阶投射靶点包括隔伞核（SF）和CA1_v本身。BST、LS和中脑导水管周围灰质（PAG）在总轴突密度上评分最高。
- 结果显示，这三条通路共享一些共同的下游二阶靶点，如LS和BST，同时也存在通路特异性的靶点。值得注意的是，CA1_v本身是CA1_v-mPFC和CA1_v-LHA通路的共同二阶投射靶点，提示存在潜在的**CA1_v自身调控的重复回路**。

**2. 对投射至ACBsh、LHA或mPFC的CA1_v神经元进行逆行示踪**

研究人员利用逆行狂犬病毒方法，分别标记了投射至ACBsh、LHA或mPFC的CA1_v神经元的上游单突触输入来源。
- **CA1_v-mPFC通路**：其主要输入来自CA3区和腹侧下托（SUBv），同时后梨状过渡区（TR）和基底外侧杏仁核（BLA）也提供显著输入。腹侧被盖区（VTA）有少量输入。
- **CA1_v-ACBsh通路**：该通路同样接收来自CA3的输入，但其大部分输入来自皮层区域，包括后杏仁核（PA）和杏仁皮质核（COA），以及TR和BLA。
- **CA1_v-LHA通路**：其主要输入来自CA3和SUBv，与CA1_v-mPFC通路相似。TR和BLA对该通路的投射则较少。
- 结果揭示了不同投射通路的上游输入存在显著差异，其中CA1_v-ACBsh通路接收了更多来自皮层（特别是杏仁核相关区域）的输入，而CA1_v-mPFC和CA1_v-LHA通路则更多依赖海马内部回路（CA3和SUBv）的输入。

**总结与讨论**

本研究通过结合新型ATLAS顺行跨突触示踪和逆行狂犬病毒示踪技术，成功构建了以CA1_v为中心的三条不同投射通路（CA1_v-mPFC、CA1_v-ACBsh、CA1_v-LHA）的上下游多节点回路图谱，并推断出具有4个节点的多突触通路架构。结果表明，这些通路共享一些共同的下游靶点（如LS、BST），提示解剖上不同的CA1_v投射通路可能在功能上会聚于共享的下游节点，实现对动机和内部状态调节的协同影响。同时，CA1_v自身作为CA1_v-mPFC和CA1_v-LHA通路的共同下游靶点，首次通过实验证据而非推理证实了CA1_v回路中存在的重复/双向连接，这可能允许CA1_v的活动被下游输入动态调节，形成反馈环路。此外，逆行示踪结果揭示了CA1_v-ACBsh通路接收了更多来自杏仁核皮层的输入，提示其可能整合了情绪和动机背景信息。研究结论指出，CA1_v-mPFC、CA1_v-ACBsh和CA1_v-LHA通路共享共同的上游靶点（CA3v和SUBv），但CA1_v-ACBsh通路还接收大量皮层输入；这些通路共享共同的下游靶点（如LS和BST），且CA1_v本身是CA1_v-mPFC和CA1_v-LHA通路的共同下游投射位点，揭示了CA1_v重复回路的存在。这些发现为理解腹侧海马如何通过特定回路参与动机行为调控提供了新框架，并为未来针对肥胖、神经精神疾病等与腹侧海马功能障碍相关的疾病开发治疗策略提供了潜在靶点。