室旁丘脑神经元对迷走神经激活做出反应并调节焦虑行为

《Frontiers in Neural Circuits》：Paraventricular thalamic neurons respond to vagus nerve activation and modulate anxious behavior

　　

反映身体内部状态的内感受信号影响情绪处理。室旁丘脑（PVT）构成内感受网络中的关键节点，监测脑室中循环的体液因子，因此被认为连接内感受信号与情绪相关行为。在此，研究人员证明迷走神经（VN）作为内感受信号的主要传入通路，也影响小鼠的PVT神经元活动。左侧迷走神经刺激（VNS）在PVT神经元中诱导显著的c-Fos表达，并在所有PVT亚区引发神经元尖峰放电率的短暂增加和减少。这些VNS反应性神经元群体与迷走神经切断术后脂多糖（LPS）注射（选择性激活包括体液因子在内的VN非依赖通路）后表现出短暂到持续延迟反应的神经元群体不同。VNS反应性PVT神经元投射到边缘结构并调节焦虑样行为。综上所述，这些发现表明PVT神经元群体整合并中继跨多个通路和时间尺度的内感受信号，从而在将迷走神经相关的身体状态与情绪反应联系起来中发挥关键作用。

**研究背景与问题**
内感受信号（interoceptive signals）反映身体内部状态，对情绪处理至关重要。室旁丘脑（PVT）紧邻第三脑室，可监测脑脊液中循环的体液因子，被视为内感受网络的关键节点，连接内感受与情绪相关行为。迷走神经（VN）是内感受信号的主要传入通路，监测内脏活动和外周激素释放，并与情绪调节相关。然而，PVT是否接收来自VN的输入，以及VN相关PVT神经元如何编码内感受信号、是否整合其他通路（如体液信号）输入，尚不清楚。此外，VN反应性PVT神经元是否参与情绪调节行为也亟待阐明。为此，研究人员开展本研究，旨在揭示PVT神经元对VN激活的响应模式及其在情绪调控中的作用。
**研究内容与结论**
研究人员在小鼠中采用左侧迷走神经刺激（VNS）、c-Fos免疫组化、多单位尖峰记录、顺行与逆行示踪、TRAP2系统（基因标记激活神经元）及化学遗传学抑制等方法，系统分析了PVT神经元对VN依赖和VN非依赖通路的反应。结果表明：VNS诱导PVT全部亚区（前部aPVT、中部cPVT、后部pPVT）神经元c-Fos表达增加，并引发短暂的双向尖峰放电变化；而VN非依赖通路（迷走神经切断术后LPS注射）激活PVT神经元产生短暂、延迟和持续等多种时间动态的尖峰变化。两类通路激活的PVT神经元群体在空间分布和电生理特性上存在显著差异，且重叠程度未超出随机水平。VN反应性PVT神经元优先投射到边缘结构（如伏隔核NAc、终纹床核BNST、中央杏仁核CeA），化学遗传学抑制这些神经元（尤其是aPVT和pPVT）可诱导焦虑样行为，并影响摄食行为。这些发现证明PVT神经元群体整合并中继跨多个通路和时间尺度的内感受信号，在连接迷走神经相关身体状态与情绪反应中发挥关键作用。
**意义**
该研究揭示了PVT作为内感受整合中枢的新功能，阐明了迷走神经信号通过PVT影响情绪行为的神经机制，为理解焦虑障碍等精神疾病的体感-情绪连接提供了新视角。论文发表在《Frontiers in Neural Circuits》。
**关键技术方法**（不超过250字）
研究人员使用以下关键技术：①左侧VNS：采用定制袖套电极慢性植入，刺激参数为0.8 mA、0.1 ms脉宽、20 Hz，以激活迷走神经传入纤维；②c-Fos免疫组化：检测神经元激活标志物，量化不同脑区反应；③多单位尖峰记录：使用64通道硅探针（Buzsáki64）在氨基甲酸乙酯麻醉小鼠PVT亚区进行细胞外记录，分析尖峰放电变化；④示踪技术：结合AAV9顺行示踪（cNTS注射tdTomato）和AAVrg逆行示踪（PVT注射GFP）鉴定神经通路；⑤TRAP2系统：利用FosTRAP小鼠（B6.129(Cg)-Fost2.1(cre/ERT2)Luo/J，购自Jackson Laboratory）结合他莫昔芬诱导，标记VNS激活的PVT神经元；⑥化学遗传学抑制：通过AAV8-hSyn-DIO-hM4Di-mCherry表达抑制性受体，口服DCZ抑制VN反应性神经元；⑦行为学测试：包括高架十字迷宫（EPM）和旷场测试（OFT）评估焦虑样行为。样本来源为雄性C57BL/6J和ICR小鼠（3-8周龄，购自SLC，日本）及TRAP2小鼠。
**研究结果**
1. **PVT neurons respond to VN_left activation**
通过c-Fos表达分析，VNS显著增加PVT、NTS、PBN、PAG和PFC中c-Fos阳性神经元比例，而PVN、IC和AMY未见显著变化。结合顺行和逆行示踪，发现cNTS直接投射到aPVT和pPVT，且通过LC、PBN等中继核团间接传递信号。VN非依赖通路（LPS注射）激活PVT、PVN、IC和AMY，但NTS、PBN、PAG和PFC无显著变化。PVT是唯一同时被两类通路激活的脑区。
2. **PVT neurons show transient changes in spike rates by VNS**
在迷走神经切断小鼠中，VNS诱发PVT所有亚区神经元尖峰放电率短暂增加或减少。aPVT、cPVT、pPVT中兴奋性神经元比例相似（17.9-23.1%），但pPVT中抑制性神经元比例显著更高（30.0%），提示VNS抑制性反应在pPVT富集。
3. **PVT neurons show diverse spike responses to VN_left-independent pathway activation**
在迷走神经切断术后LPS注射模型中，PVT神经元产生短暂、延迟和持续三种时间动态的尖峰放电变化。pPVT反应性神经元比例最高，cPVT次之。神经元放电率变化在Post 1和Post 2期间呈正相关。电生理特性分析显示，尖峰半宽、峰谷比和爆发指数与放电变化方向相关，提示具有不同电生理特性的PVT神经元对VN非依赖通路反应方向不同。
4. **Distinct PVT neuronal ensembles are activated by the VN_left and VN_left-independent pathways**
利用TRAP2系统，VNS和LPS激活的PVT神经元群体重叠程度未超过随机预期。在顺序激活实验中，同一神经元对两类通路的尖峰放电变化无显著相关性，进一步证实两类通路激活不同的PVT神经元群体。
5. **VN_left-responsive PVT neurons project to limbic emotion-related regions**
TRAP2标记的VNS反应性aPVT神经元投射到NAc、BNST、CeA和vSub，pPVT神经元投射到NAc、CPu、OT、BNST、BLA和CeA，但未观察到向PL、IL、aIC等皮层区域的投射，表明VN信号主要导向边缘情绪相关区域。
6. **Inhibition of VN_left-responsive PVT neurons induces anxiety-like behavior**
化学遗传学抑制aPVT或pPVT中的VNS反应性神经元，显著减少EPM中开放臂停留时间和进入次数，以及OFT中中心区域停留时间，表明抑制这些神经元增强焦虑样行为。pPVT抑制还降低食物摄入量，而cPVT抑制无显著行为效应。
**讨论与结论**
讨论部分总结：PVT神经元对VN通路和体液通路均产生反应，通过cNTS直接投射及LC、PBN等间接通路接收VN信号。两类通路激活不同的PVT神经元群体，时间动态各异（VN快速短暂，VN非依赖多样化），体现了PVT对多种内感受信号的高时间精度整合能力。VN反应性PVT神经元优先投射到边缘系统，其抑制诱发焦虑样行为，提示这些神经元将迷走神经身体状态与情绪反应相连接。aPVT与pPVT在反应比例和投射模式上存在差异，但VN反应性神经元在情绪调控中功能相似。
结论翻译：总之，研究人员将PVT确定为对VN_left和VN_left非依赖内感受通路均做出反应的汇聚节点。多单位记录揭示这两条通路激活PVT内不同的神经元群体。此外，VN_left激活的PVT神经元优先投射到边缘区域，其抑制产生焦虑相关行为效应。这些发现表明，PVT神经元群体整合并中继跨多个通路和时间尺度的内感受信号至情绪相关回路，从而在选择性且精确地将特定身体状态与不同的情绪行为联系起来中发挥关键作用。