2025年6月6日，英國薩塞克斯大學Eisuke Koya在Neuropsychopharmacology發(fā)表：Prelimbic cortical excitatory overdrive and inhibitory underdrive accompany environmental suppression of food seeking，揭示了前邊緣皮層的興奮性過度驅(qū)動和抑制性驅(qū)動不足，伴隨著環(huán)境對覓食行為的抑制。

與食物相關(guān)的線索（例如快餐廣告）可能引發(fā)對食物的渴望，并可能導致不健康的暴飲暴食。環(huán)境豐富化即增強認知和身體刺激的環(huán)境，可以減少小鼠在提示誘發(fā)下的蔗糖覓取行為，以及前邊緣皮層中被蔗糖線索激活的神經(jīng)元或“神經(jīng)元集合”的招募。在這項研究中，探討了EE如何調(diào)節(jié)PL中對線索有反應的神經(jīng)元群體的興奮性和活動模式。通過化學遺傳學抑制PL中的線索反應性神經(jīng)元，阻斷了由線索誘發(fā)的蔗糖覓取行為，從而證實了這些神經(jīng)元在蔗糖線索記憶中的功能。EE增強了那些在暴露于EE之前就對線索有反應的興奮性錐體細胞的基礎(chǔ)興奮性。此外，這些神經(jīng)元對蔗糖線索的選擇性喪失導致它們持續(xù)激活、并對非線索刺激也產(chǎn)生反應，即所謂的“興奮性過度驅(qū)動”。同時，EE減少了對線索有反應的抑制性中間神經(jīng)元的招募，表現(xiàn)出“抑制性驅(qū)動不足”。綜上所述，由于前額葉皮層同時存在興奮性“過度驅(qū)動”和抑制性“驅(qū)動不足”，導致了對食物線索的神經(jīng)處理受損，這可能是EE發(fā)揮“抗渴望”作用的機制。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)控制食物渴望的新藥物提供了潛在的神經(jīng)生理學靶點。

 圖一 實驗時間安排與飼養(yǎng)條件 

作者訓練小鼠將一個聲音線索（作為條件刺激CS）與10%的蔗糖溶液的給予建立聯(lián)系，共進行了12個訓練階段。結(jié)果顯示，訓練階段與條件刺激之間存在顯著交互作用，并且訓練階段和條件刺激的主效應也顯著。這表明，在訓練過程中，小鼠逐漸建立了線索與食物之間的聯(lián)系即形成了食物線索記憶。在消退條件下通過一次測試評估了環(huán)境豐富化對線索誘發(fā)的蔗糖覓取行為的影響。結(jié)果顯示，環(huán)境豐富化與條件刺激之間存在顯著交互作用，表明環(huán)境豐富化選擇性地減弱了由線索引發(fā)的蔗糖覓取行為。此外，也觀察到條件刺激和環(huán)境豐富化的主效應均顯著。環(huán)境豐富化顯著降低了對條件刺激的反應，但對試次間間隔（即無線索時期）的反應沒有影響，說明蔗糖覓取行為的減少并不是由于整體運動活動的抑制。一部分小鼠接受了運動活動測試。在總移動距離方面，標準飼養(yǎng)環(huán)境組和環(huán)境豐富化組之間沒有顯著差異。然而，環(huán)境豐富化組的小鼠在測試箱中心區(qū)域停留的時間比例顯著高于標準飼養(yǎng)組，這表明在曠場測試中，環(huán)境豐富化小鼠表現(xiàn)出較低的類似焦慮的行為。

 圖二 被標記的神經(jīng)元集合在由線索引發(fā)的蔗糖覓取行為中發(fā)揮了關(guān)鍵作用 

PL中稀疏分布的線索反應性神經(jīng)元，或稱“神經(jīng)元集合”，負責建立食欲相關(guān)的“線索-獎賞”記憶并調(diào)節(jié)由線索引發(fā)的食物覓取行為。由于環(huán)境豐富化能夠減弱由線索誘發(fā)的蔗糖覓取行為，而這一行為依賴于線索與食物之間關(guān)聯(lián)的建立，因此作者探究了環(huán)境豐富化是否通過調(diào)節(jié)原本對線索有反應的PL神經(jīng)元集合的興奮性和招募特性來發(fā)揮作用。首先驗證在條件刺激下，PL中是否存在一個介導蔗糖線索反應的神經(jīng)元集合，從而確認小鼠是否建立了食物線索記憶。在FosTRAP2小鼠中進行了實驗，在蔗糖線索誘發(fā)行為期間，使用4-羥基他莫昔芬（4-TM）標記PL中的神經(jīng)元，并通過化學遺傳學抑制這些神經(jīng)元。為了驗證FosTRAP2小鼠中標記過程是否依賴于刺激和4-TM，檢測了三組FosTRAP2小鼠PL區(qū)域中表達mCherry蛋白的細胞數(shù)量。這三組小鼠分別在接受訓練后注射4-TM、在家籠環(huán)境中注射4-TM，以及在家籠環(huán)境中未注射4-TM。在訓練后接受4-TM注射的小鼠中，mCherry陽性細胞數(shù)量顯著高于對照組；而在家籠環(huán)境中注射4-TM的小鼠也比未注射的小鼠表現(xiàn)出更高的mCherry陽性細胞數(shù)量。這說明標記過程具有4-TM依賴性，并且在呈現(xiàn)食欲相關(guān)刺激時最為明顯，因為這些刺激增強了PL中Fos的表達。接下來，作者評估了那些在蔗糖線索暴露期間激活的“原始”PL神經(jīng)元集合是否在由線索引發(fā)的蔗糖覓取行為中起因果作用。在兩組FosTRAP2小鼠和一組野生型小鼠的PL中注射了AAV-DIO-hM4Di-mCherry病毒。在訓練一周后，所有小鼠在進行線索誘發(fā)的蔗糖覓取測試后接受了4-TM注射，以標記被線索和新奇刺激激活的神經(jīng)元集合（野生型小鼠未進行標記）。引入新奇刺激作為對照，是因為新奇刺激可以強烈激活不同于獎賞相關(guān)線索所激活的神經(jīng)元集合。大約在標記后的兩周，所有小鼠都接受了CNO，該藥物本身在行為和神經(jīng)層面均無顯著影響。隨后測量了沉默神經(jīng)元集合對線索誘發(fā)蔗糖覓取行為的影響。被蔗糖線索標記的FosTRAP2小鼠沒有表現(xiàn)出明顯的線索誘發(fā)蔗糖覓取行為，而被新奇刺激標記的FosTRAP2小鼠和被蔗糖刺激標記的野生型小鼠則仍然表現(xiàn)出該行為。這些結(jié)果表明，PL中存在一個特定的神經(jīng)元集合，在由線索引發(fā)的蔗糖覓取行為中起到了關(guān)鍵作用。

 圖三 EE誘導線索反應性PL神經(jīng)元集群的持續(xù)激活 

作者進一步研究了環(huán)境豐富化是否會影響該神經(jīng)元集合在后續(xù)線索誘發(fā)蔗糖覓取測試中的激活情況，實驗使用的是FosTRAP2:Ai14小鼠。在最后一次訓練階段一周后，F(xiàn)osTRAP2:Ai14小鼠在進行線索誘發(fā)蔗糖覓取行為時接受標記。隨后通過注射4-TM，其被激活的神經(jīng)元被tdTomato標記。大約兩周后，一部分小鼠接受一天的環(huán)境豐富化處理，另一部分繼續(xù)維持標準飼養(yǎng)條件，之后所有小鼠進行蔗糖覓取測試。結(jié)果表明環(huán)境豐富化選擇性地減少了由線索引發(fā)的蔗糖覓取行為。測試結(jié)束后，作者檢測了PL區(qū)域中tdTomato標記和Fos表達的情況。結(jié)果顯示，環(huán)境豐富化組與標準飼養(yǎng)組之間的tdTomato標記水平?jīng)]有顯著差異。然而，環(huán)境豐富化顯著降低了線索誘發(fā)的Fos表達。接下來，評估了那些被線索標記的神經(jīng)元集合在環(huán)境豐富化后是否表現(xiàn)出不同的再激活模式。檢測了同時表達tdTomato和Fos的細胞（tdTomato+/Fos+細胞）的數(shù)量。環(huán)境豐富化并未改變這些tdTomato+/Fos+神經(jīng)元集合的再激活模式。然而，環(huán)境豐富化確實減少了不表達tdTomato但表達Fos的細胞（tdTomato–/Fos+細胞）的數(shù)量，說明它降低了未被標記的神經(jīng)元集合的招募程度。為了進一步驗證這種減少是否是由于環(huán)境豐富化導致PL中基礎(chǔ)水平的Fos表達下降（即在給予線索之前），在另一組經(jīng)過蔗糖訓練的野生型小鼠中進行了相關(guān)實驗。結(jié)果顯示，在最后一次訓練一周后，環(huán)境豐富化對基礎(chǔ)Fos水平?jīng)]有顯著影響。因此，環(huán)境豐富化對Fos+細胞和tdTomato–/Fos+細胞數(shù)量的降低更可能與蔗糖覓取行為的減少有關(guān)，而不是由于PL中基礎(chǔ)Fos表達的抑制。鑒于環(huán)境豐富化降低了PL中的Fos表達并影響了神經(jīng)元集合的再激活，進一步研究了這一現(xiàn)象是否與PL中抑制性神經(jīng)活動的減少有關(guān)。為此，作者在PL中注射了AAV-mDlx-mRuby病毒使抑制性GABA能中間神經(jīng)元表達紅色熒光蛋白mRuby，并檢測這些神經(jīng)元中的Fos表達。結(jié)果顯示，環(huán)境豐富化組和標準飼養(yǎng)組在mRuby表達水平上沒有顯著差異。然而，環(huán)境豐富化顯著降低了Fos陽性且mRuby陽性細胞的數(shù)量，以及表達Fos的mRuby陽性細胞所占的比例。僅有一小部分mRuby陽性細胞表達了Fos，在環(huán)境豐富化條件下平均為2.06%，而在標準飼養(yǎng)條件下為5.40%。

 圖四 EE誘導線索特異性喪失，并普遍增強PL在體活動 

為了揭示EE如何在抑制蔗糖覓取行為的過程中快速調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動，作者使用光纖記錄在體內(nèi)記錄了PL錐體細胞的鈣活動。在訓練過程中，條件刺激（CS）期間的瞬態(tài)事件頻率（每分鐘峰值數(shù)）顯著高于試次間間隔（ITI）時期。在最后一次訓練階段（第10次），CS期間每分鐘的峰值數(shù)顯著高于ITI時期。還量化了所有檢測到峰值的幅度，結(jié)果顯示條件刺激對幅度也有顯著主效應，但不同訓練階段之間沒有顯著差異。因此，蔗糖條件反射的獲得與PL錐體細胞體內(nèi)編碼模式的變化有關(guān)：線索呈現(xiàn)增強了鈣活動，但未影響其幅度。由于由線索誘發(fā)的蔗糖覓取行為通常伴隨著CS期間頭部進入次數(shù)的增加，進一步探究了這些時期的鈣活動是否存在差異。作者將所有小鼠以及EE和SH組在訓練不同階段（早期、中期、中后期和晚期）中與頭部進入時間鎖定的平均鈣信號軌跡分別展示出來。分析發(fā)現(xiàn)，在訓練中后期（第8階段）和末期（第10階段），CS期間的活動水平顯著高于ITI期間。總體而言，蔗糖條件反射的獲得與PL錐體細胞在體內(nèi)的線索特異性活動密切相關(guān)。由于在CS和ITI期間未觀察到鈣活動的顯著差異，作者進一步分析了在CS和ITI期間發(fā)生的頭部進入動作所引發(fā)的神經(jīng)活動是否存在差異。將ITI與CS、SH與EE條件下所有相關(guān)試驗進行了比較。結(jié)果顯示，EE組在頭部進入動作期間的整體鈣活動顯著增強。無論頭部進入發(fā)生在CS還是ITI期間，EE組的活動水平都系統(tǒng)性地升高。與最后一次訓練階段類似，SH組中CS期間與頭部進入相關(guān)的鈣活動顯著高于ITI期間。

綜上所述，作者的研究為理解EE如何保護個體免受食物線索影響提供了更深入的機制解釋，即同時涉及PL中興奮性和抑制性神經(jīng)機制的變化。綜上所述，揭示了一種與“抗覓食”行為相關(guān)的神經(jīng)機制：PL錐體細胞的過度驅(qū)動與中間神經(jīng)元的驅(qū)動不足共同作用，而這些原本被食物線索激活的神經(jīng)元在經(jīng)歷EE后發(fā)生了功能上的改變。

文章來源：https://doi.org/10.1038/s41386-025-02142-y

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