杏仁核-纹状体过渡区（ASt）神经元编码持续性威胁线索反应以指导防御行为

《Neuron》：Amygdalostriatal transition zone neurons encode sustained cue responses to guide defensive behaviors

　　

为了确保生存，大脑必须快速识别威胁，并在危险持续期间维持防御行为。杏仁核一直被视为恐惧反应的关键部位，但杏仁核神经元对威胁线索的反应大多是短暂的，持续时间短于所观察到的防御反应。在此，研究人员将杏仁核-纹状体过渡区（amygdalostriatal transition zone, ASt）呈现为介导恐惧反应回路中缺失的一环。利用单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq），研究人员证明ASt在遗传学上与相邻的纹状体和杏仁核结构不同。在体电生理和钙成像揭示ASt神经元对预测电击的线索具有强烈、持续的反应。此外，光刺激ASt足以驱动冻结和回避行为，光遗传抑制实验表明Drd2⁺ ASt神经元对条件性线索恐惧反应是必需的。研究结果确立了ASt作为一个先前未被重视但对编码习得关联和指导防御行为至关重要的结构。

该研究发表于《Neuron》，系统揭示了杏仁核-纹状体过渡区（amygdalostriatal transition zone, ASt）在防御行为中的关键作用。长期以来，杏仁核被视为恐惧学习和防御行为的中枢，经典模型认为外侧杏仁核（LA）与基底外侧杏仁核（BLA）整合条件刺激（CS）与结果信息，中央杏仁核（CeA）输出介导冻结等防御反应。然而，杏仁核神经元对威胁线索的响应大多呈瞬时性，持续时间不足1秒，远短于实际防御行为的时间尺度。因此，必然存在一个能够持续编码威胁信号并将其传递至行为输出回路的神经结构。ASt因其独特的解剖位置——接受丘脑、皮层及LA的输入，并投射至基底节的输出结构——成为填补这一空白的理想候选。但此前对ASt的分子特征、神经活动模式及其在防御行为中的因果作用缺乏系统研究。

研究人员综合利用单核RNA测序（snRNA-seq）、在体电生理记录、钙成像、光遗传学操控和精细行为学分析，从分子、回路和行为水平对ASt进行了全面解析。研究发现，ASt具有区别于邻近纹状体和杏仁核的独特转录组身份，其Drd2⁺神经元显著富集；ASt神经元对预测电击的线索产生快速且持续整个刺激时程的强烈反应；激活ASt神经元足以诱发冻结和回避，而抑制Drd2⁺ ASt神经元则特异性削弱线索诱发的恐惧反应。这些结果确立了ASt作为习得性关联编码和防御行为调控中此前被忽视的关键结构。

主要技术方法包括：对来自野生型C57BL/6J小鼠（每个区域5-15只小鼠混合）的ASt、CeA、尾侧纹状体（TS）和背侧纹状体（DS）组织进行snRNA-seq（共97,434个细胞核），经严格组织学验证后分析转录组差异；采用Neuropixels探针和微型显微镜（GCaMP7f）在自由活动小鼠的双音辨别任务中记录神经活动；使用Cre依赖的AAV载体在VGAT-Cre、Drd1a-Cre和Drd2-Cre小鼠中表达ChR2或NpHR进行光遗传激活与抑制；结合SLEAP姿态估计量化冻结和突进行为，并应用广义线性模型（GLM）和逻辑回归解码神经信号与线索及运动的关系。

研究结果分为五个部分。第一，ASt具有不同于TS或CeA的转录组身份。snRNA-seq显示，ASt神经元在Drd1a⁺和Drd2⁺簇内形成独立亚群，且Drd2⁺神经元比例高达71%，显著高于TS和DS；RNAscope原位杂交进一步验证了这一富集（68% Drd2⁺）。差异表达基因（DEGs）中包含多种突触黏附分子和轴突导向因子（如Cdh6、Slit2），其表达模式与ASt和LA共享的丘脑皮层输入分布高度一致。

第二，ASt神经元编码对威胁线索的持续性条件反应。在体电生理记录显示，ASt神经元对CS-shock表现出快速（0–100 ms）和持续（100 ms–19 s）两个时间尺度的反应，且反应幅度显著大于TS和CeA。分层聚类表明ASt神经元是持续反应簇的主要组成部分，而对照未配对小鼠中无此反应。ASt群体轨迹分析显示，CS-shock和CS-reward以正交方向分离，表明ASt并非简单编码显著性，而是区分不同效价线索。

第三，ASt神经元活动足以驱动冻结和回避，但不强编码运动动作。光遗传激活VGAT-Cre小鼠ASt的GABA能神经元，显著增加旷场中的冻结行为，并在实时位置偏好任务中引发位置回避。通过SLEAP分类和GLM分析，56%的ASt神经元在控制冻结、突进和运动速度后仍显著编码CS身份，而编码行为变量的神经元比例低于20%，表明ASt活动主要代表条件线索而非具体的亚秒级运动输出。

第四，Drd2⁺ ASt神经元对预测电击的条件刺激表现出稳健反应。细胞类型特异性钙成像显示，Drd2⁺神经元群体对CS-shock有显著的短时（0–1 s）和长时（1–10 s）反应，而Drd1a⁺神经元无显著反应。聚类分析表明，Drd2⁺富集的簇优先响应CS-shock，Drd1a⁺富集的簇更多响应CS-reward或被CS-shock抑制。此外，Drd2⁺神经元对未预测电击也有反应，但两种神经元均不对情境条件化产生反应。

第五，Drd2⁺ ASt神经元对条件性恐惧行为的表达是必需的。在Drd2-Cre小鼠ASt中表达抑制性光遗传蛋白NpHR，在双音辨别任务中对部分试次进行光抑制，结果使CS-shock诱发的防御行为（冻结和突进总和）减少近50%，但不影响CS-reward相关的奖赏趋近行为；同时不影响旷场运动、实时位置偏好、高架十字迷宫及情境恐惧条件化，表明该群体特异性调控线索诱发的防御反应。

讨论部分指出，ASt的持续活动模式不同于杏仁核的短暂反应，且其输出与基底节动作选择回路相连，因此能优势性地将威胁线索转化为持续防御行为。ASt可能作为杏仁核的下游输出核团或与之并行的通路，其在习得与表达中的具体层级关系仍有待进一步解析。ASt中Drd2⁺神经元的富集及对威胁线索的特异性编码，支持间接通路在抑制竞争性动作和偏向防御行为中的作用。这些发现将ASt确立为恐惧环路中连接学习与行为的关键缺失环节，并提示其可能是焦虑症和创伤后应激障碍（PTSD）等以刺激反应失调为特征的神经精神疾病的新靶点。研究结论：ASt是一个遗传上独特的脑区，能够持续编码条件威胁线索，并通过Drd2⁺神经元指导防御行为的表达，对个体生存具有重要意义。