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揭示压力转化为焦虑的大脑密码 | 浙大徐晗组发现底丘脑旁核关键神经环路

揭示压力转化为焦虑的大脑密码 | 浙大徐晗组发现底丘脑旁核关键神经环路 HongKongPlexon
2025-12-15
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导读:PSTh的激活是否是焦虑产生所必需的呢?研究人员使用了经典的慢性社会挫败压力(CSDS)动物模型,并采用了Plexon公司的在体多通道电生理系统,结合光遗传学“光标签”(opto-tagged)技术,

#PLEXON#


揭示压力转化为焦虑的大脑密码:浙大徐晗组发现底丘脑旁核关键神经环路



在现代快节奏、高压的社会中,焦虑症已成为困扰全球数亿人的精神健康难题。尽管我们知道长期压力是导致焦虑的主要元凶,但大脑究竟如何将外部压力转化成我们内心持续的焦虑和不安,这一过程始终蒙着神秘面纱。


近日,浙江大学徐晗组发表于The Journal of Clinical Investigation的重磅研究,首次精准揭示了一条名为“LPB-PSTh-BNST”的非经典神经通路,阐明了底丘脑旁核(PSTh)作为核心枢纽,将慢性社会压力转化为焦虑状态的精细机制。

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焦虑网络的新成员:

底丘脑旁核是多种压力信号的

“警报器”



传统观点认为,焦虑的大脑中枢主要在杏仁核、前额叶皮层等“明星脑区”。然而,浙江大学徐晗组却将目光投向了一个小而关键的结构—底丘脑旁核(PSTh)。


研究人员让小鼠经历社交挫败、电击和身体束缚等急性压力,发现与未受压力的对照组相比,压力组小鼠PSTh内被激活神经元数量显著增加。每当小鼠被攻击、遭受电击或强迫游泳时,PSTh神经元的钙信号都会出现瞬时且剧烈的升高。

图1. PSTh谷氨酸神经元能够被社交挫败、电击和身体束缚等急性压力激活

结论:PSTh神经元能够被多种厌恶性刺激快速激活,像一个高度敏感的警报器,提示它可能在编码压力信息中扮演关键角色。



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从压力到焦虑:

PSTh不仅是感应器,更是

“转换器”



那么,PSTh的激活是否是焦虑产生所必需的呢?研究人员使用了经典的慢性社会挫败压力(CSDS)动物模型,并采用了Plexon公司的在体多通道电生理系统,结合光遗传学“光标签”(opto-tagged)技术,对PSTh神经元进行“监听”。


研究者在PSTh的谷氨酸能神经元中表达光敏感通道蛋白(ChR2),随后将光电极(1根光纤周围环绕8组四电极)精准植入到PSTh区域。电极植入手术一周后,使用Plexon电生理系统对清醒自由活动的小鼠进行5分钟的电信号记录,同时通过Plexon系统施加蓝光刺激(473 nm, 20 Hz, 0.2 mW, 1 ms)。


❤ Spike sorting确认PSTh神经元

通过spike sorting,那些能够被光脉冲精确、短潜伏期(≤3 ms)驱动的神经元,即被鉴定为PSTh谷氨酸能神经元。


❤ CSDS诱导PSTh神经元的长时程过度活跃

在体电生理数据证实,与对照小鼠相比,CSDS小鼠中PSTh谷氨酸能神经元的发放间隔(ISI)显著降低,而放电频率(firing rate)显著升高。这表明CSDS诱导PSTh神经元不仅放电增多,而且放电模式更为密集,兴奋性状态持续增强。


图2. CSDS小鼠的PSTh谷氨酸能神经元表现出持久的过度活跃

❤ 体外膜片钳揭示CSDS小鼠PSTh神经元过度兴奋的机制

电极植入手术三周后,对CSDS小鼠进行急性脑片膜片钳记录。与对照组相比,CSDS小鼠的自发性兴奋性突触后电流(sEPSCs)的频率和幅度均显著增加。

图3. CSDS增强了PSTh谷氨酸能神经元的内在兴奋性和兴奋性突触输入。

❤ 抑制其PSTh神经元可以减轻CSDS小鼠的焦虑行为

行为学上,在已经形成焦虑的CSDS小鼠身上,急性抑制其PSTh神经元能立即产生抗焦虑效果,让它们变得“大胆”起来。反之,在从未经历过压力的正常小鼠中,用光遗传学技术(ChR2)人工激活PSTh神经元,就足以让它们表现出明显的焦虑样行为。


总结:CSDS导致PSTh谷氨酸能神经元活动产生持久性增强。这种过度活跃可归因于PSTh神经元内在兴奋性的增强以及兴奋性突触输入的增多




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绘制焦虑的新通路:

LPB-PSTh-BNST



神经元并非孤立工作,它们通过复杂的环路行使功能。研究人员接下来描绘了PSTh所在的精确焦虑环路。


上游输入:通过狂犬病毒逆向追踪技术,他们发现外侧臂旁核(LPB)是PSTh的一个重要上游输入。LPB是处理疼痛和厌恶信息的关键枢纽。在脑片上进行电生理记录时,用光刺激LPB投射到PSTh的轴突末梢,能在PSTh神经元上可靠地引发出兴奋性突触后电流,且该连接是单突触、谷氨酸能的。


下游输出:PSTh的神经元广泛投射,但功能实验证实,其投射至终纹床核(BNST) 的谷氨酸能通路,是介导焦虑行为的关键下游。抑制PSTh→BNST通路能缓解焦虑,而激活它则诱发焦虑。


结论:LPB→PSTh→BNST 这条新发现的通路,构成了一个完整的“压力-焦虑”信息流通道,并在慢性压力下被持续强化。


图4. 增强的LPB-PSTh兴奋性通路介导CSDS引起的类焦虑行为

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追根溯源:

焦虑的分子开关

—Kv4.3钾通道



为什么CSDS后PSTh神经元会变得“过度兴奋”。对PSTh组织进行转录组分析发现,在CSDS小鼠中,编码钾离子通道Kv4.3的Kcnd3基因表达显著下调,而钙、钠通道基因变化不大。利用CRISPR-Cas9技术在PSTh中敲低Kcnd3,即使没有压力,也会导致神经元兴奋性增高并引发焦虑。而在CSDS小鼠的PSTh中重新表达Kv4.3通道,不仅能降低神经元的过度兴奋,还能有效缓解其焦虑样行为。


图5. CSDS下调PSTh谷氨酸能神经元中Kcnd3的表达

结论:慢性压力通过下调PSTh神经元中的Kv4.3通道,使其更容易产生动作电位,这种内在兴奋性的改变是焦虑状态形成的直接分子基础。



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研究意义:

从机制到治疗的新希望



这项研究从行为表型出发,逐层揭示了PSTh在压力诱发焦虑中的核心作用,并完整绘制了LPB→PSTh→BNST的完整轴线。它不仅极大地丰富了我们对焦虑神经环路的理解,突破了以往以杏仁核为中心的理论框架,更重要的是,为未来开发精准、高效的抗焦虑干预手段提供了坚实的科学依据和全新的突破口。


❤  脑深部电刺激(DBS)的新靶点:目前用于治疗帕金森病的丘脑底区DBS,其电极植入区域就包含PSTh。本研究为DBS改善患者焦虑情绪的疗效提供了可能的解释,并提示PSTh可能成为一个新的神经调控靶点。


❤ 药物开发新方向:针对Kv4.3通道的药物研发,或许能开创一类通过调节特定脑区神经元兴奋性来治疗焦虑症的新策略。


结语

本研究采用的“光标签”结合在体多通道电生理记录技术,是系统神经科学中解析特定神经元群体在行为状态下活动模式的强有力手段。


❤ 细胞类型特异性:结合Cre转基因小鼠与病毒工具,实现了在复杂的脑区内对特定神经细胞类别(谷氨酸能神经元)的活动进行靶向解读。

❤ 在体与自然状态:在自由活动动物中记录,避免了麻醉或离体状态的干扰,更能反映真实的神经活动状态。

❤ 多模态研究手段结合:Plexon在体电生理系统可以完美适配钙成像、光遗传学、行为学等多种手段,从单纯记录神经活动,到同时操控特定环路、关联精细行为,真正实现“全维度”神经解码。


参考论文

Liu N, Wang J, Wang H, et al. A noncanonical parasubthalamic nucleus–to–extended amygdala circuit converts chronic social stress into anxiety. J. Clin. Invest. 2025;135(16): e188246. DOI: 10.1172/JCI188246


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