前额叶-缰核回路中的双通路失调介导应激易感性

A dual-pathway dysregulation in prefrontal-habenular circuits mediates stress susceptibility.

作者信息Jijin Wu, Xiaohan Tong, Ruizhe Sun, Yang Tan, Bingjie Liu, Xianwei Liu, Chunxiao Chen, Wenghei Hong, Ying Sun, Yun Liu, Han Li, Zihao Wang, Yuchao Li, Xiong Cao, Xiaodan Huang, Qian Tao, Lu Huang, Tian-Ming Gao, Chaoran Ren, Song Lin
PMID42362547
发布时间2026-06
DOI10.1038/s41467-026-74754-x

实验完整度

高

包含离体电生理、在体光纤钙成像、化学遗传与光遗传操控、神经环路示踪、行为学及Western blot等多层级功能与机制验证。

主要模型

雄性C57BL/6小鼠 vGAT-Cre小鼠 Vglut2-Cre小鼠 GAD67-EGFP报告小鼠

重点核对

CSDS后按社会互动时间比值(<1为易感,≥1为韧性)分组 CNO 1 mg/kg腹腔注射,行为测试或SSDS或光纤记录前30 min给药 dmPFC微量注射ATPγs 50 μM、Apyrase 300 U/mL、PPADS 30 μM,双侧0.15 μl 病毒注射量:表达用80 nL,shRNA用100 nL,速度0.1 μL/min dmPFC坐标AP +2.45 mm、ML ±0.3 mm、DV −1.45 mm;LHb坐标AP −1.6 mm、ML ±0.4 mm、DV −2.85 mm

摘要

慢性应激破坏情绪稳态,导致个体出现韧性或易感性,但其机制尚不清楚。在此,我们在雄性小鼠的内侧背侧前额叶皮层(dmPFC)-外侧缰核(LHb)回路中发现了一种双通路机制,其中谷氨酸能和GABA能投射协同调节应激反应。慢性应激对这些通路产生差异性调控,通过增强兴奋性输入和抑制抑制性输入,破坏长程兴奋/抑制(E/I)平衡,从而在内侧背侧前额叶皮层支配的外侧缰核神经元中诱导出易感性特异性的过度活跃。用化学遗传学方法重现这种失衡会加剧外侧缰核过度活跃和应激易感性,而恢复平衡则促进韧性。在机制上,应激易感小鼠的GABA能神经元中ATP-P2X2R信号受损,通过局部微回路导致兴奋性通路去抑制并削弱抑制性投射,从而造成E/I失衡。这种破坏最终导致外侧缰核过度活跃和易感性。总之,这些结果表明,ATP-P2X2R信号对相互拮抗的dmPFC-LHb通路的协调调控决定了应激易感性,为应激诱导的适应不良提供了一种双通路失调机制,并为抑郁症提供了一个潜在的治疗靶点。

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
慢性应激如何破坏dmPFC对LHb的自上而下调控,从而导致个体应激易感性差异,其分子中介是什么。
核心机制
dmPFC GABA能神经元中ATP-P2X2R信号受损,直接削弱dmPFCGABA→LHb抑制性通路,并经局部GABA能 recurrent 抑制微回路间接使dmPFCGlu→LHb兴奋性通路去抑制,造成长程E/I失衡,最终引起LHb过度活跃和应激易感。
主要证据
光纤钙成像显示易感小鼠dmPFC→LHb神经元及dmPFCGlu→LHb末端应激诱导活动增强、dmPFCGABA→LHb末端活动减弱;离体电生理显示sEPSC/eEPSC增强、sIPSC/eIPSC减弱及PPR改变;化学遗传与光遗传双向操控E/I平衡可双向改变LHb活动和应激行为;P2X2R敲低可重现上述表型。
研究意义
揭示ATP-P2X2R信号协调dmPFC-LHb相反通路的双通路失调机制,为应激诱导的适应不良提供机制解释,并提示ATP-P2X2R信号可作为抑郁症的潜在治疗靶点。

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

dmPFC→LHb神经元应激活动与易感性关系

验证dmPFC→LHb神经元是否编码应激效价并表现易感性依赖的活动动态。

dmPFC注射AAV2/1-Cre、LHb注射AAV2/9-DIO-jGCaMP7s,LHb上方植入光纤,用足底电击、束缚或社交攻击记录CSDS前后Ca2+活动,并按社会互动时间划分Sus与Res。

2

dmPFC→LHb神经元活动的因果操控

确定dmPFC→LHb神经元过度活跃是否驱动应激易感性。

分别用hM3Dq化学遗传激活、Kir2.1慢性抑制、hM4Di急性抑制dmPFC→LHb神经元,结合SSDS或CSDS并检测SIT、SPT、TST、OFT。

3

dmPFC-LHb谷氨酸能与GABA能投射的解剖与功能解析

确定dmPFC到LHb是否存在功能不同的兴奋性和抑制性单突触投射及其对LHb神经元的作用。

dmPFC注射ChR2病毒,在急性LHb脑片记录光诱发eEPSC和eIPSC,并用CNQX、PTX、TTX和4-AP验证;在Vglut2-Cre或vGAT-Cre小鼠中选择性表达ChR2并记录LHb CaMKIIα+神经元放电。

4

两条投射通路的应激效价编码与行为效应

验证dmPFCGlu→LHb与dmPFCGABA→LHb在应激反应和效价行为中的作用。

在Vglut2-Cre或vGAT-Cre小鼠中表达GCaMP6s记录dmPFC神经元应激Ca2+活动,并用ChR2结合实时位置偏好(RTPP)检测光刺激LHb末端的行为偏好。

5

CSDS后长程E/I平衡与突触可塑性改变

确定易感小鼠dmPFC-LHb两条通路的应激反应和突触传递是否发生通路特异性重塑。

CSDS前后记录dmPFCGlu→LHb和dmPFCGABA→LHb末端应激Ca2+活动;在dmPFC→LHb神经元记录sEPSC/sIPSC,在LHb神经元记录光诱发eEPSC/eIPSC及PPR。

6

化学遗传诱导或恢复E/I平衡对LHb活动和行为的影响

检验长程E/I失衡是否足以驱动LHb过度活跃和易感,以及恢复平衡是否促进韧性。

用双病毒化学遗传策略分别激活/抑制dmPFCGlu→LHb和dmPFCGABA→LHb,结合光纤记录LHb Ca2+活动、SSDS行为测试、CSDS后Kir2.1/NaChBac慢性操控及hM4Di/hM3Dq急性操控。

7

筛选dmPFC中协调E/I平衡的神经调质

寻找可协调dmPFC-LHb两条通路的 upstream 神经调质。

在dmPFC表达DA4.4、Ach3.0、ATP1.0、NE2m、5-HT3.0生物传感器,CSDS前后光纤记录应激诱导信号;用微量注射Apyrase、PPADS、SCH23390和Sulpiride检测对两条通路Ca2+反应的影响。

8

ATP水平与dmPFC-LHb E/I平衡及行为的因果关系

验证ATP缺乏是否介导易感小鼠E/I失衡并足以促进易感性。

在dmPFCGABA→LHb和dmPFCGlu→LHb神经元表达ATP1.0记录CSDS前后ATP信号;CSDS后dmPFC给予ATPγs并记录两条通路末端Ca2+;SSDS期间给予Apyrase;ATPγs行为学救援结合化学遗传诱导E/I失衡。

9

ATP-P2X2R对GABA能通路的直接调控

确定ATP是否通过P2X2R直接调节dmPFCGABA→LHb神经元功能。

在dmPFCGABA→LHb神经元表达P2X2-shRNA或SC-shRNA,记录ACSF或ATPγs下末端应激Ca2+活动和电流诱发动作电位。

10

P2X2R在谷氨酸能通路中的直接作用排查

检验ATP-P2X2R是否直接调控dmPFCGlu→LHb神经元。

在dmPFCGlu→LHb神经元表达P2X2-shRNA或SC-shRNA,记录ACSF或ATPγs下末端Ca2+活动和电流诱发动作电位。

11

局部GABA能 recurrent 抑制微回路解析

确定ATP-P2X2R是否通过局部GABA能微回路间接抑制dmPFCGlu→LHb神经元。

用ChR2结合mCherry/EGFP标记,记录dmPFCGABA→LHb与dmPFCGlu→LHb之间及dmPFCGABA与dmPFCGlu→LHb之间的光诱发突触电流,并检测ATPγs、PTX、CNQX、TTX和4-AP的作用。

12

GABA能神经元P2X2R敲低对易感表型的充分性

验证dmPFCGABA神经元ATP-P2X2R信号受损是否足以重现LHb过度活跃、突触E/I失衡和易感行为。

dmPFCGABA神经元表达P2X2-shRNA,光纤记录dmPFC→LHb神经元应激Ca2+;结合SSDS进行行为测试并检测ATPγs救援;记录dmPFC→LHb神经元sEPSC/sIPSC。

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
AAV2/1-hSyn-Cre病毒BrainVTAPT-0136
AAV2/9-EF1a-DIO-EGFP病毒BrainVTAPT-0795
AAV2/9-EF1a-DIO-Kir2.1-EGFP病毒BrainVTAPT-1401
AAV2/9-Ef1a-DIO-hChR2(H134R)-mCherry病毒BrainVTAPT-0002
AAV2/9-Ef1a-Con/Fon-GCaMP6s病毒BrainVTAPT-1553
AAV2/9-Ef1a-DIO-hChR2(H134R)-EGFP病毒BrainVTAPT-9363
AAV2/9-hSyn-Con/Fon-EGFP病毒BrainVTAPT-9192
AAV2/9-hSyn-Con/Fon-hM4D(Gi)-EGFP病毒BrainVTAPT-1572
AAV2/9-hSyn-Con/Fon-hM3D(Gq)-EGFP病毒BrainVTAPT-2368
AAV2/9-CaMKIIα-fDIO-Kir2.1-mCherry病毒BrainVTAPT-9366
AAV2/9-Ef1a-Con/Fon-NaChBac-EGFP病毒BrainVTAPT-9371
AAV2/9-hSyn-GRABDA4.4病毒BrainVTAPT-1340
AAV2/9-hSyn-GRABATP1.0病毒BrainVTAPT-1350
AAV2/9-hSyn-GRAB5-HT3.0病毒BrainVTAPT-4724
AAV2/9-Ef1a-fDIO-GRABATP1.0病毒BrainVTAPT-8398
AAV2/1-hSyn-FLP病毒BrainVTAPT-0341
AAV2/9-CaMKIIα-hChR2(H134R)-mCherry病毒BrainVTAPT-0297
AAV2/9-Ef1a-DIO-GtACR1-P2A-EGFP病毒BrainVTAPT-1368
AAV2/9-hSyn-DIO-jGCaMP7s病毒TaitoolBioScienceCoS0590-9
AAV2/9-hSyn-DIO-hM3D(Gq)-EGFP病毒TaitoolBioScienceCoS0260-9
AAV2/9-hSyn-DIO-hM4D(Gi)-EGFP病毒TaitoolBioScienceCoS0286-9
AAV2/9-hSyn-hChR2(H134R)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS0165-9
AAV2/2-hSyn-hChR2(H134R)-EGFP病毒TaitoolBioScienceCoS0283-2
AAV2/9-CaMKIIα-fDIO-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS1029-9
AAV2/9-CaMKIIα-fDIO-hM3D(Gq)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS1397-9
AAV2/9-hSyn-jGCaMP7s病毒TaitoolBioScienceCoS0589-9
AAV2/9-CaMKIIα-fDIO-hM4D(Gi)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS1398-9
rAAV2/2-Retro-CAG-FLEX-Flpo病毒TaitoolBioScienceCoS0273-2R
AAV2/9-hEf1a-fDIO-MasterRNAi155(P2rx2)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoWY5312
AAV2/9-hEf1a-fDIO-MasterRNAi155(NC)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS1743-9
AAV2/9-CaMKIIα-fDIO-hChR2(H134R)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS1399-9
AAV2/9-sEf1a-Con/Fon-hChR2(H134R)-EGFP病毒TaitoolBioScienceCoS1400-9
AAV2/9-hEF1a-DIO-MasterRNAi155(P2rx2)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoWY5307
AAV2/9-hEf1a-DIO-MasterRNAi155(NC)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS0597-9
AAV2/5-CaMKIIα-GCaMP6m病毒TaitoolBioScienceCoS0481-5
AAV2/9-hEf1a-fDIO-GCaMP6s病毒TaitoolBioScienceCoS0352-9
AAV2/9-hEf1a-fDIO-EGFP病毒TaitoolBioScienceCoS1322-9
AAV2/2-Retro-hSyn-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS0238-2R
AAV2/9-hSyn-hM4D(Gi)-mCherry病毒TaitoolBioScienceCoS0279-9
rAAV2/2-Retro-hSyn-FLP病毒BrainCaseBC-0171
AAV2/9-hSyn-GRABACh3.0病毒BrainCaseBC-0269
AAV2/9-hSyn-GRABNE2m病毒BrainCaseBC-0267
AAV2/9-hSyn-DIO-GRABATP1.0病毒BrainCaseBC-1522
AAV2/5-GfaABC1D-IP3R2-shRNA-mChery病毒SunBio Biomedical technology COTPAV25121
氯氮平-N-氧化物Sigma-AldrichC0832
ATPγsSigma-AldrichA1388
腺苷三磷酸双磷酸酶Sigma-AldrichA6132
PPADSMedChemExpressHY-101044
SCH23390Sigma-AldrichD054
舒必利MedChemExpressHY-B1019
兔多克隆抗P2X2抗体Abcamab229151
兔抗GAPDH抗体CST#5174
HRP标记二抗Jackson ImmunoResearch111-035-003
CaMKIIα一抗Santa Cruz Biotechnologysc-13141
Alexa Fluor® 647标记山羊抗小鼠IgGAbcamab150115
Triton X-100Sigma-AldrichT8787
微量BCA蛋白定量试剂盒Thermo23227

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
CSDS造模与易感/韧性分组
10天慢性社会挫败应激流程;社会互动时间比值<1为Sus、≥1为Res;造模后24 h行为测试;样本量按各图注
阅读提示:Methods中CSDS与SIT小节及Fig. 1–8图注
dmPFC与LHb病毒注射及光纤/套管定位
dmPFC(AP +2.45 mm;ML ±0.3 mm;DV −1.45 mm)与LHb(AP −1.6 mm;ML ±0.4 mm;DV −2.85 mm)坐标;注射量80 nL病毒或100 nL shRNA;速度0.1 μL/min;光纤和guide cannula位置
阅读提示:Methods中Surgery and viral injection小节
化学遗传操控与CNO给药
CNO 1 mg/kg i.p.;给药时间为行为测试、SSDS或光纤记录前30 min;DREADD病毒种类与单侧/双侧操控设计
阅读提示:Methods中Drug infusion小节及Fig. 1、Fig. 4、Fig. 5、Fig. 8图注
dmPFC药物微量注射
ATPγs 50 μM、Apyrase 300 U/mL、PPADS 30 μM、SCH23390 1.5 μg、Sulpiride 2 μg;双侧0.15 μl;注射速率0.1 μl/2.5 min;注射后30 min检测
阅读提示:Methods中Drug infusion小节及Fig. 5、Fig. 7、Fig. 8图注
离体电生理验证E/I突触传递
eEPSC/eIPSC钳制电位−70 mV/0 mV;CNQX浓度正文20 μM与Methods 10 μM存在差异;PTX 100 μM;TTX 1 μM和4-AP 100 μM;PPR间隔50/100/150 ms;每细胞来源小鼠数与n值
阅读提示:Methods中In vitro electrophysiology小节、Fig. 2–3图注与Supplementary Fig. 4
在体光纤记录应激反应
三种急性应激范式参数:foot shock 1 mA、500 ms、间隔15 s;social attack 10–15 min;physical restraint;CSDS前后对比;AUC计算窗口为刺激后6 s
阅读提示:Methods中In vivo fiber photometry recording小节及Fig. 1、Fig. 3图注
ATP-P2X2R敲低验证
P2X2-shRNA与SC-shRNA病毒来源;敲低效率验证位置;在dmPFCGABA→LHb、dmPFCGlu→LHb及dmPFCGABA神经元中的选择性表达
阅读提示:Methods中Viruses小节、Fig. 6–8图注与Supplementary Fig. 13、15
行为学测试与统计
SIT、SPT、TST、OFT、RTPP流程与时长;光刺激RTPP参数470 nm、5-ms、20 Hz;统计检验方法与显著性阈值p<0.05;盲法分析
阅读提示:Methods中Behavioral tests、Optogenetic manipulations及Statistics小节