2013年--生物醫(yī)學外文翻譯--控制中腦多巴胺神經以快速調節(jié)與憂郁相關的行為（譯文）

1、<p><b>　　中文6440字</b></p><p>　　出處：Dipesh C, Walsh J J, Friedman A K, et al. Rapid regulation of depression-related behaviours by control of midbrain dopamine neurons.[J]. Nature, 2013, 493(74

2、33):532-536.</p><p>　　控制中腦多巴胺神經以快速調節(jié)與憂郁相關的行為</p><p>　?。≧apid regulation of depression-related behaviours</p><p>　　by control of midbrain dopamine neurons）</p><p>　　doi:

3、10.1038/nature11713</p><p>　　在大腦中，獎賞回路的腹側被蓋區(qū)（VTA ），存在著多巴胺神經元。它在調節(jié)壓力、回應方面扮演著重要的角色。對于社會壓力引起的反常行為，這種多巴胺神經元參與決定其易感性與復原性。腹側背蓋區(qū)（VTA）多巴胺能神經元，顯示兩種體內模式脈沖：低頻率高強度脈沖，以及高頻率階段性脈沖。眾所周知，在反復的社會失敗壓力下，進行獎勵信號編碼的神經元的階段性脈沖會向上調節(jié)。（

4、所謂的社會失敗壓力，是一個已被驗證的憂郁小鼠模型）。出人意料的是，這種病理生理效應僅在易感小鼠身上顯現(xiàn)；而在復原性個體中，脈沖率并沒有任何明顯的變化。然而，在有效時間內，缺乏有關的實驗跡象來直接表明這與多巴胺神經元階段性脈沖（用于提高易感（易憂郁）表現(xiàn)型）有關。在這里，我們利用光遺傳學的時間精度、細胞型以及投射通路特異性的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)在自由活動的小鼠中, 神經元中這些增強的階性脈沖會對社會失敗壓力進行敏感地調節(jié)。我們發(fā)現(xiàn)，在一只正經歷著閾

5、下的、社會失敗模型的小鼠的腹側被蓋區(qū)（VTA）區(qū)，多巴胺神經元所激發(fā)的脈沖中，階段的脈沖對光遺傳學感應能快速地誘發(fā)了一個易感表現(xiàn)（從社會逃避的表現(xiàn)和減少的蔗糖現(xiàn)象角度考察），而高強度的脈沖則不能。這些神經</p><p>　　為了有選擇性地作用于腹側被蓋區(qū)（VTA）多巴胺神經元，我們向熱度酪氨酸羥化酶（TH-Cre）轉基因小鼠的腹側被蓋區(qū)（VTA）注射了一個表達光敏感通道（ChR2）的、融合了加強的黃色熒光蛋白（

6、eYFP）的雙液氧熱度依賴腺病毒群（AAV）載體（AAV-DIO-ChR2-eYFP）。我們首先驗證了在活的TH-Cre 小鼠VTA多巴胺神經元中AAV-DIO-ChR2-eYFP表達的特異性和效力。接著，通過使用體內外的電生理學的記錄而實現(xiàn)的對VTA多巴胺神經元的ChR2-eYFP表達的功能確認則證實光遺傳學刺激可以實現(xiàn)對這些神經元的精確瞬時控制（補充圖1a-c）并且可以用于模仿在社會失敗壓力憂郁模型中產生階段性脈在活體生理病理學的上

7、調。</p><p>　　圖1：相對，而非互補地，VTA多巴胺神經在一個閾下社會失敗的光刺激下包含有一個易感表型。a, 共焦影像顯示了來自TH–Cre 小鼠的TH-陽性多巴胺細胞中個AAV-DIO-ChR2 。b, 量化實驗顯示ChR2-表達的TH-陽性細胞占VTA中所有TH-陽性神經的62+-4%。在TH-陰性神經(n=2-4組別來自n=4動物)。 c, 光刺激協(xié)議模仿主位(0.5赫茲)或相位(20赫茲)失敗顯

8、示兩個刺激協(xié)定，在10秒的時間內出現(xiàn)了超過5個阻止。d, 最高的面板，實驗，時間表。底部面板的細節(jié)示意圖顯示，在閾下社交失敗刺激中有一個激光激勵。e,來自控制、主調和階段的組別的社會交互數(shù)據(jù)(F2,3054.70, P,0.05; post hoc test, *P,0.05; n57–14)。f, 在社會交互測試之后超過12-h測量蔗糖傾向(F2,2255.22, P,0.05; post hoc test, *P,0.05; n57

9、–10). 錯誤線, 6s.e.m.</p><p>　　為了探究在重復（十天）社會失敗壓力后VTA多巴神經元的階段性脈沖增長的功能性結果，我們檢查了正經歷閾下的社會失敗小鼠的ChR2-表達VTA多巴胺神經元中光學誘導對于高強度的（0.5-HZ）或階段性的（20-HZ）脈沖（圖1c ; 5尖峰/10秒）的影響（圖 1d）。經歷著這種低于最低限度社會失敗模型的小鼠沒有出現(xiàn)社會逃避或者其他的類似抑郁的行為（補充圖1d

10、），但他們更容易受到后續(xù)壓力的影響。我們在小鼠經歷閾下的社會失敗模型時刺激VTA多巴胺神經元，并從社會交往和糖水偏愛這兩個行為作為失敗壓力的后遺癥進行測定：如有社會回避以及對糖水偏愛減弱的行為，則表征著我們的重復（十天）社會失敗模型誘發(fā)了易感表現(xiàn)型。比較受高強度刺激ChR2-eYFP的小鼠和受階段性刺激eYFP刺激的小鼠，當目標小鼠在場時社會交往的明顯下降（圖1e和補充圖1E -G ）以及對糖水偏愛的顯著下降（圖 1）表明受到了階段性刺

11、激的小鼠在顯出抑郁性表現(xiàn)型方面有強勁增長。這些數(shù)據(jù)證實了在置于壓力時，增強了的VTA多巴胺神經階段性脈沖（而非高強度脈沖）在提高抑郁性行為異常敏感性方面的功能重要性。 </p><p>　　為了直接測試階段性多巴胺神經脈沖和壓力敏感性之間的的因果關系，我們將小鼠至于閾下的失敗中，然后再在社會交往實驗中刺激起VTA多巴胺神經元（補充圖 2a）。在目標CD1小鼠（或者目標鼠C57）存在的情況下，在社會交往實驗中對VT

12、A多巴胺神經元的階段性刺激立刻誘發(fā)了一個易感表現(xiàn)型（增加的社會回避）（補充圖 3），這是一個在受高強度刺激的ChR2小鼠或者受階段性刺激eYFP控制的小鼠身上沒有發(fā)現(xiàn)的影響（圖 2a，補充圖2b-d）。與高強度刺激ChR2 小鼠或者階段性刺激eYFP控制小鼠相比，在短暫的2.5-分鐘社會交往測試過程中受到階段性刺激的ChR2表達小鼠也表現(xiàn)出糖水偏愛（圖2b）。這些發(fā)現(xiàn)是驚人的因為它們揭露了這些通常需要重復的社會失敗壓力的憂郁行為的快速的

13、誘發(fā)。</p><p>　　與或在社會失敗壓力過程中或在社會失敗后VTA 多巴胺神經元刺激對于提高抑郁行為的能力形成對照的是，我們發(fā)現(xiàn)在動物幼崽中這些神經元階段性刺激沒有產生于社會交往、糖水偏愛或者焦慮相關影響（補充圖 4）。這些發(fā)現(xiàn)表明在這里演示的這些VTA多巴胺神經激活的正向抑郁性影響是需要特定環(huán)境的，從這種多巴胺神經元的激活作用在其他體系中對于正向抑郁的影響來說這是一個重要的發(fā)現(xiàn)。更進一步，慢性輕微的壓力源

14、或者身體上反感的刺激會抑制VTA多巴胺神經元活動，然而更多劇烈的壓力源則會增加這種活動，這就是劇烈的社會壓力通常表現(xiàn)。同時，最近的研究表明慢性輕微的壓力和慢性的社會壓力也現(xiàn)出可以使大腦區(qū)的若干個神經傳導物質域在細胞外的程度上產生不同的變化。這些發(fā)現(xiàn)提高了某種可能性。即除了環(huán)境，壓力的劇烈程度是多巴胺經脈沖壓力調節(jié)的另一個重要決定因素。</p><p>　　我們接著研究VTA 多巴胺神經元階段性脈沖是否可以將復原型

15、小鼠轉變?yōu)橐赘行孕∈蟆＿\用我們的標準重復（十天）社會失敗模型，基于已知與正常蔗糖偏愛、以及其他行為上或生物化學的節(jié)點高度對應正常的社會交往得分我們可以辨別保持復原型的小鼠群。 根據(jù)在那些可以阻礙由壓力誘發(fā)增長的應激性的神經元的特殊適應性，我們之前的工作已經表明復原型小鼠VTA多巴胺神經元表現(xiàn)出正常的脈沖頻率以及圖樣。為了測試VTA 多巴胺神經元的增長性的階段性脈沖對復原型小鼠的效果，我們轉向使用(HSV)-ChR2和已知免疫組織化學和功

16、能驗證的控制載體（補充圖5a-d）。</p><p>　　相比于需要10到14天表達最大化的AAV載體，HSV載體具有表達轉基因快的優(yōu)勢。在這個實驗中，野生型小鼠被暴露于標準重復的社會失敗壓力下，接著在第十一天用社會接觸測試去識別出上述小鼠中的復原性小鼠。復原型小鼠被注射了HSV-eYFP或HSV-CHR2-eYFP，然后在它們經歷光感基因階段性刺激的階段被第二個社會接觸實驗分析(補充圖5e,f)。雖然受光感基因

17、且被注射HSV-eYFP的小鼠仍然是復原型的，但是被注射HSV-ChR2-eYFP的小鼠的VTA的光感刺激的階段性脈沖立即把它們的行為表現(xiàn)型從復原型轉變成了易感型，因為在互動區(qū)域的時間有所下降（圖2c和補充圖5g-i）。此外，相比于HSV-EYFP注射的小鼠的腹側被蓋區(qū)引起快感缺乏特質就證明了這種位相放電減少蔗糖的偏好。</p><p>　　圖2：在社會交互測試中，VTA多巴胺神經的相位刺激即刻在兩個社會失敗范例

18、中包括一個易感的顯型。a,在控制，主調，相位組中的社會交互數(shù)據(jù)(F2,2254.00, P,0.05; post hoc test, *P,0.05; n57–11). 藍光刺激被用在測試中（a與c中的藍色水平條）b, 在社會交互測試之后超過12-h測量蔗糖傾向(F2,25 5 3.47, P , 0.05; post hoc test, *P , 0.05; n 5 8–11)。c, 社會交互數(shù)據(jù)在第17天進行測試(t1552.72,

19、 *P,0.05; two-tailed t-test, n511–18). d, 在社會交互測試之后超過12-h測量蔗糖傾向(t1752.34, *P,0.05; two-tailed t-test,n56–12). e, 樣品追溯顯示在一些小鼠的VTA 多巴胺神經的體外自發(fā)活動，這些小鼠是在閾下的社會失敗刺激后，在社會交互測試24小中承受了主位和相位的刺激的TH-Cre小鼠（見實驗時間軸的補充圖5j ）。柱狀圖，對比 of 閾下的激

20、勵在VTA多巴胺神經from eYFP 控制，主</p><p>　　鑒于腹側被蓋區(qū)神經元的光遺傳學活化后約12小時的蔗糖偏好的顯著損傷，我們認為這樣的刺激可能會導致在腹側被蓋區(qū)多巴胺神經元的興奮性持久的變化。為了研究這一假說，我們測量那些曾經歷過閾下的社會失敗壓力并隨后在社會交流測試中受體內光遺傳學刺激的TH-Cre重組酶的小鼠的這些神經元細胞膜內在特性（補充圖 5）。通過測試上升的自發(fā)和誘發(fā)活性在光學刺激后的

21、8到12小時，階段性的刺激誘導了上升的腹側被蓋 區(qū)多巴胺神經元的興奮度相比于EYFP和由聲刺激后的小鼠。這些結果表明，閾下的失敗之后急性光遺傳學活化會導致持久的VTA多巴胺神經元的神經適應，這支持觀察 到的蔗糖偏愛的持續(xù)下降。</p><p>　　腹側被蓋區(qū)多巴胺神經元覆蓋整個大腦。在VTA-NAC通路 在獎勵機制的作用是眾所周知的，但它也被聯(lián)系于應激反應，如具有腹側被蓋區(qū)，內側前額葉皮質的通路。因此，我們有興

22、趣研究這兩個不同的腹側被蓋區(qū)投射通路在促進易感和恢復表型的作用。我們首先研究了VTA-NAC回路通過專門標注VTA神經元投射到伏隔核，這個步驟的完成是通過注射逆行綠色熒光示蹤 lumafluor 到NAC和測量經過重復社會失敗壓力（10天）的易感性和恢復性小鼠的染料陽性 VTA-NAC神經元的放電頻率控制（解剖驗證見補充圖6a）。我們發(fā)現(xiàn)，易感性的小鼠的NAC投射的VTA多巴胺神經元的腦切片呈顯著更高的脈沖速率相比于恢復性小鼠的腦切片

23、（圖3a，b）， 這與我們以前的工作中的上升的階段性脈沖活動保持一致。接下來，我們使用光遺傳學技術來選擇性地刺激這個VTA-NAC通路。要完成這一步，我們把表達了Cre（PRV-Cre）的復制缺陷型逆向復制的偽狂犬病病毒注射到NAc中，把Cre依賴性 AAV-DIO-ChR2–eYFP注射到野生型小鼠的VTA中（補充圖6c）。免疫組化和生物電的驗證確認了使用PRV-Cre重組酶表達功能的Ch</p><p>　　

24、為了調查抑制VTA-NAC通路對應激反應的表達的影響，我們注射AAV-DIO-halorhodopsin（NpHR）-EGFP（NpHR的3.0版本）入VTA,接著PRV-Cre注射入NAC（補充圖7a,b）。功能驗證證實，黃光（563nm）可靠地抑制腹側被蓋區(qū)神經元放電在體外和體內（補充圖7c，d）和，重要的是，我們并沒有觀察到這些神經元的任何在行為實驗中使用模擬光而引起的NpHR激活的反彈效果（補充圖7e）。此外，解剖量化表明腹側被

25、蓋區(qū)細胞投射到伏隔核表現(xiàn)顯著的NpHR表達（補充圖7f,g）。首先，小鼠被置于標準的重復社會失敗壓力模型，隨后在第11天做一個社會互動測試，以確定易感性老鼠的eYFP控制和NpHR組（補充圖7h）。受光感基因技術刺激的且被注射DIO-eYFP的小鼠仍然是易感性的在第二次社會互動測試（兩次測試都是在目標存在于缺失情況下進行），然而被DIO-NpHR-eYFP注射的小鼠的VTA-NAc投射的抑制效果立即導致了恢復型的表現(xiàn)型，表現(xiàn)為在互動區(qū)域

26、花費的時間的上升和對蔗糖偏好的上升（圖3e和補充圖7i,j）。這些小鼠經歷了一個長期的社會失敗壓力模型和早期社會交往測試</p><p>　　圖3 ：調節(jié)與社會失敗的易感性相關VTA-NAc通路后引發(fā)的雙向作用。 a, 來自VTA片中的VTA–NAc 神經的樣品追蹤數(shù)據(jù)。b, 來自控制組，復原組與易感組的小鼠的VTA-NAc神經的燃速(F2,89515.77, P,0.001; post hoc test,*P,

27、0.001; n512–52). c, 在對于控制組、主位組、相位組光學刺激中得到的社會交互實驗數(shù)據(jù) (F2,2054.43, P,0.05; post hoc test, *P,0.05; n55–10). 在測試中用到了藍光刺激(藍光水平條). d, 在社會交互測試之后超過12-h測量蔗糖傾向(F2,1854.80, P,0.05; post hoc test, *P,0.05; n55–9). e, 對于原先易感小鼠的VTA-NA

28、c神經的光學介入社會交互(No target: t1554.2, *P,0.001; two-tailed t-test, n58–9; Target: t1552.6,*P,0.05; two-tailed t-test, n58–9). 測試中用到了黃光刺激(黃色水平條). f, </p><p>　　我們還進行了實驗去研究內側前額葉皮質投射腹側被蓋區(qū)多巴胺神經元在促進易感表型的功能的重要性（圖4）。我們首先

29、注射逆向紅色熒光示蹤 lumafluor 到內側前額葉皮質來標記投射到內側前額葉皮質的腹側被蓋區(qū)神經元（補充圖8a，b）。出人意料的是，在經過重復社會失敗壓力實驗（10天）后， 相比于控制組和恢復型小鼠的腦切片，小鼠腦切片中的VTA-內側前額葉皮質神經元的脈沖率急劇下降（圖4a，b）。這一結果與一份論述在這一區(qū)域體外多巴胺活躍度下降的報告保持一致。接下來，我們用光感基因技術去選擇性的刺激VTA-mPFC通路。為了達成這一目的，我們注射把

30、PRV-Cre病毒載體注射到mPFC中，把Cre依賴型AAV-DIO-ChR2-eYFP和注射到野生型小鼠的VTA中（補充圖8c），確認使用PRV-Cre去表達功能ChR2在VTA細胞投射到內側前額葉皮質的正確性（補充圖8d-h）。在那些先前經歷過閾下的社會失敗壓力的小鼠接受社會互動測試時，相比于聲音刺激和控制病毒載體，這些VTA-內側前額葉皮質神經元的光誘導階段性脈沖對社會交往和蔗糖偏好沒有效果（圖4c,d和補充圖8i,j）。<

31、/p><p>　　接下來，我們研究抑制VTA-mPFC 通路對注射DIO-NpHR-eYFP到VTA并注射PRV-Cre到內側前額葉皮質的壓力反應的效果（補充圖9a-d）。在社會互動測試那些之前經歷過閾下的社會失敗壓力的小鼠時，通過激活NpHR的VTA-mPFC通路的活化光學抑制導致了易感性的表現(xiàn)型（圖4e和補充圖9e,f）。有趣的是，這里沒有蔗糖偏好的區(qū)別（圖4f）。</p><p>　　我

32、們的研究在VTA多巴胺神NAc投射階段性神經脈沖為易感性編碼信號的樣例中，為VTA多巴胺神經脈沖與抑郁模型敏感性建立起了直接聯(lián)系。這項研究與已被提出的VTA-NAc 多巴胺神經元階段性脈沖的在這一模型中作用相一致：我們之前的研究表明VTA-NAc路徑是對于易感性與復原性來說是決定性因素，并且在階段性脈沖在生理病理學角度的提升是選擇性地在易感性小鼠中產生。觀察發(fā)現(xiàn)VTA多巴胺神經元階段脈沖在編碼社會失敗后的抑郁性情緒以及條件性位置偏愛方面

33、都有一個功能性的作用，這表明這些神經的脈沖圖樣以及緊隨而后的對于抑郁或者獎勵模型編碼之間是高度相關的。這種對于壓力與獎勵之間相拮抗的編碼卻是更為復雜的，因為它不僅僅是選擇性的脈沖圖樣，同時也是依賴于壓力的劇烈程度的，同時還顯示出清晰的投射路路徑敏感性。</p><p>　　圖4：調節(jié)對社會失敗易感的VTA–mPFC通路的作用。a, 在VTA片中VTA–mPFC 神經的樣品追蹤。b, 來自控制組，復原組，易感組小鼠

34、的VTA–mPFC神經的燃度(F2,.38515.07, P50.0005; post hoc test, *P,0.005; n5 11–15). c, 在光學刺激下獲得的來自控制組，主位組，相位組小鼠VTA–mPFC神經社會交互數(shù) (F2,3951.29, P50.29; n511–17)。d, 在社會交互測試之后超過12-h測量蔗糖傾向(F2,3350.19, P50.82; n510–16). e,在VTA–mPFC神經光學介入

35、中獲得的社會交互數(shù)據(jù)(t2952.5,*P,0.05; two-tailed t-test, n512–19). f, 在社會交互測試之后超過12-h測量蔗糖傾向(t2950.38, P.0.05, n512–19).錯誤線, 6s.e.m.</p><p>　　并且，在調解快速抗抑郁效果方面，我們所觀察到的回應光刺激時，敏感性表現(xiàn)型的快速作用，相符于已被推論的中腦緣多巴胺神經元功能。類似地，過度激活陽離子通道，

36、作為在VTA-NAc 神經的VTA多巴胺神經元中高強度脈沖到階段性脈沖的過渡的一個關鍵性通道，在易感性小鼠中被增加；而抑制因子顯示出快速而持久的類似抗抑郁的功效。更進一步來說，克他命的快速抗抑郁效果，睡眠的匱乏以及深層大腦刺激支持著快速可逆大腦機制的存在，并且支持著調節(jié)神經回路來治療抑郁想法。與這些研究相一致地，當抑郁產生于重復劇烈的社會壓力下是，我們的研究展示了一種VTA-NAc路徑抑制的快速的“救援”效應。與之顯出鮮明對比的是，我們