内侧前额叶皮层与屏状核之间的相互连接及其在雄性小鼠甲基苯丙胺奖赏记忆中的调控作用

The interconnected wirings between medial prefrontal cortex and claustrum and their governing roles in the methamphetamine reward memory in male mice.

作者信息Yuhong He, Ziheng Zhao, Yang Liu, Quying Feng, Sijia Wang, Wenzhong Wu, Hee Young Kim, Yu Fan, Xiaowei Guan
PMID41526356
发布时间2026-01-12
DOI10.1038/s41467-025-68009-4

实验完整度

高

病毒示踪、fMOST、光遗传、化学遗传、膜片钳、光纤记录及METH CPP行为模型,多层级功能与机制验证

主要模型

雄性C57BL/6野生型小鼠 METH条件位置偏好(CPP)模型 mPFC与CL脑片膜片钳记录

重点核对

METH剂量1 mg/kg,腹腔注射,奇数天训练配对 CPP训练8天,测试第9天 CNO剂量2 mg/kg腹腔注射或1 mM局部输注 病毒注射体积mPFC 200 nL、CL 50 nL 膜片钳记录oEPSCs/-70 mV和oIPSCs/+10 mV

摘要

内侧前额叶皮层(mPFC)与屏状核(CL)之间的双向通讯在药物奖赏记忆,尤其是条件性药物相关线索记忆中起关键作用。然而,其精确环路尚不清楚。本研究利用病毒示踪、化学与光遗传学及膜片钳技术,结合甲基苯丙胺(METH)条件位置偏好(CPP)模型,在雄性小鼠中解析了mPFC与CL之间的连接模式。研究鉴定出两条相对独立的通路:自上而下的mPFC-CL通路和自下而上的CL-mPFC通路,每条通路均包含直接兴奋性和间接抑制性投射。mPFC-CL通路主要介导半球间通讯,而CL-mPFC通路主要支持半球内连接。在生理条件下,通过局部GABA能中间神经元的强前馈抑制(FFI)抑制mPFC与CL之间的兴奋性传递。在METH CPP过程中,FFI减弱,导致兴奋性信号增强。mPFC-CL通路参与奖赏记忆编码,而CL-mPFC通路介导记忆提取。这些发现提示针对METH奖赏记忆的潜在治疗干预。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
mPFC与CL之间的精确神经环路连接模式及其在METH奖赏记忆编码和提取中的不同作用。
核心机制
mPFC与CL间存在直接兴奋性和间接抑制性通路,生理下GABA能中间神经元介导强前馈抑制;METH CPP时FFI减弱导致兴奋性增强,且mPFC-CL通路参与编码、CL-mPFC通路参与提取。
主要证据
病毒示踪和fMOST揭示半球特异性投射;膜片钳验证Glu-Glu和Glu-GABA-Glu通路;光纤记录显示生理下负调控;化学遗传操作在CPP训练或测试期分别阻断编码或提取。
研究意义
提示mPFC-CL环路中GABA能中间神经元介导的FFI可能是阻断METH奖赏记忆的潜在干预靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

全脑投射示踪

验证mPFC与CL之间的相互投射及半球分布。

在mPFC或CL注射顺行/逆行病毒,结合fMOST成像观察投射。

2

神经元类型鉴定

识别投射和接收神经元的Glu/GABA属性及重叠情况。

双病毒标记结合免疫荧光,统计CaMKII和GAD67共标。

3

突触连接膜片钳验证

验证直接兴奋性和间接抑制性微环路。

光刺激末梢,记录oEPSCs和oIPSCs,应用TTX、4-AP、PTX、NBQX/AP5。

4

生理条件光纤记录

在体监测通路特异性激活对下游Glu/GABA活动的影响。

化学遗传激活上游,光纤记录GCaMP6s和jRGECO1a信号。

5

METH CPP行为与电生理

建立METH奖赏记忆模型并检测神经活动变化。

8天CPP训练,测试后记录AP和oEPSCs/oIPSCs,检测c-Fos。

6

通路化学遗传操作

分别抑制或激活mPFC-CL和CL-mPFC通路,检验对编码和提取的作用。

在CPP训练期或测试期给予CNO,记录CPP评分和c-Fos。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
异氟烷RWD--
立体定位仪RWD--
灌注泵RWD--
rAAV2/9-hSyn-EGFP-WPRE-hGH pABrainVTAPT-1990
rAAV2/Retro-hSyn-mCherry-WPRE-hGH pABrainVTAPT-0100
rAAV2/1-hSyn-CRE-WPRE-hGH pABrainVTAPT-0136
rAAV2/9-hSyn-DIO-EGFP-WPRE-hGH pABrainVTAPT-1103
兔抗c-Fos抗体Cell Signaling TechnologyAB_2247211
豚鼠抗c-Fos抗体Synaptic systemAB_2905595
兔抗CaMKII抗体AbcamAB_305050
兔抗CaMKII抗体GeneTexAB_2887447
小鼠抗GAD67抗体MilliporeAB_2938602
Alexa Fluor 555标记驴抗兔二抗InvitrogenAB_162543
Alexa Fluor 488标记驴抗兔二抗InvitrogenAB_2762833
Alexa Fluor 555标记驴抗小鼠二抗InvitrogenAB_2762848
Alexa Fluor 488标记驴抗小鼠二抗InvitrogenAB_141607
Alexa Fluor 680标记驴抗兔二抗InvitrogenAB_2762836
Alexa Fluor 680标记驴抗小鼠二抗InvitrogenAB_2762831
Alexa Fluor 488标记驴抗豚鼠二抗AbcamAB_2736871
Alexa Fluor 555标记驴抗豚鼠二抗AbcamAB_3099754
LR White与苏丹黑B混合树脂OEBioBE-L6-05
BioMolding LR White包埋试剂盒OEBioBE-L6-05
fMOST显微镜(BioMapping 5000 N)OEBio--
rAAV2/9-EF1α-DIO-hM3D(Gq)-WPRE-hGH pABrainVTAPT-2958
rAAV2/9-hSyn-CRE-WPRE-hGH pABrainVTAPT-0136
rAAV2/9-VGAT1-DIO-GCaMp6s-WPRE-hGH pABrainVTAPT-6173
rAAV2/9-CaMKII-DIO-jRGECO1a-WPRE-hGH pABrainVTAPT-2948
光纤Thinkerbiotech--
rAAV2/9-CaMKII-hChR2(H134R)-mCherry-WPRE-hGH pABrainVTAPT-0297
rAAV2/9-VGAT1-EGFP-WPRE-hGH pABrainVTAPT-3176
rAAV2/9-VGAT1-DIO-hChR2(H134R)-EYFP-WPRE-hGH pABrainVTAPT-4270
印防己毒素----
NBQX----
AP5----
MultiClamp 700B放大器Molecular Devices--
Digidata 1550B模数转换器Molecular Devices--
rAAV2/9-EF1α-DIO-hM4D(Gi)-WPREs-hGH pABrainVTAPT-0987
rAAV2/1-hSyn-CRE-EGFP-WPRE-hGH pABrainVTAPT-1168
rAAV2/Retro-hSyn-Cre-EGFP-WPRE-hGH pABrainVTAPT-1186
rAAV2/9-VGAT1-DIO-hM3D(Gq)-mCherry-WPRE-hGH pABrainVTAPT-1725
氯氮平-N-氧化物Selleck--
rAAV2/9-CaMKIIα-hM4D(Gi)-mCherry-WPREs-hGH pABrainVTAPT-0050
套管(mPFC,cat. #62123)RWD62123
套管(CL,cat. #62104)RWD62104

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
METH CPP行为
METH剂量1 mg/kg,腹腔注射;训练8天,测试第9天;小鼠性别雄性
阅读提示:Methods中Conditioned place preference (CPP)小节
化学遗传操作
CNO剂量2 mg/kg腹腔注射或1 mM局部输注;给药时间(训练或测试前30 min或5 min)
阅读提示:Methods中In vivo chemogenetic manipulation小节
病毒注射
注射体积mPFC 200 nL、CL 50 nL;注射速率20 nL/min;坐标mPFC和CL
阅读提示:Methods中Stereotaxic surgery小节
膜片钳记录
oEPSCs记录于-70 mV,oIPSCs记录于+10 mV;光刺激473 nm,3-5 mW,20 Hz
阅读提示:Methods中Whole-cell recordings小节