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中科大团队阐明昼夜节律门控调制的“光-情绪”神经环路

已有 495 次阅读 2020-6-2 08:57 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

光是生命的基础,地球的生命体在昼夜交替的光线条件下进化,演进出一系列光感受和光调节的神经生理功能。


近期光调节情绪的神经环路研究成为热点,一系列公共卫生证据显示人长时间暴露于夜间异常光线下,会产生抑郁样情绪和认知障碍,但是我们对其背后的神经机理知之甚少。

北京时间2020年6月1日晚23时,《自然一神经科学》在线发表了中国科学技术大学团队的最新研究成果,研究人员通过构建小鼠模型,发现了一条从自感光视网膜神经节细胞(ipRGC)到大脑外侧缰核边缘区(dpHb)再到伏隔核(NAc)的神经环路,该环路介导了夜间异常光诱发的抑郁表型,且此抑郁样行为与节律或睡眠的紊乱无关;研究者同时发现了该环路的可兴奋性受到昼夜节律门控调制,首次诠释了光在白昼和夜晚截然相反的情绪作用的内在机理。

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图1:“光-情绪”环路示意图

 

据作者介绍,该研究首次详细阐述了夜间光诱发负性情绪的环路基础和节律门控机制,这些发现可以在一定程度提示夜间光干扰(城市照明或手机电脑等电子设备的使用)导致抑郁等负性情绪的机理,对于人们正确认识夜间过度照明的潜在危害并探索防治手段具有重要意义。

 

首先,作者构建了一个夜间光干扰模型(light at night,LAN),来模拟当前社会的不正常光照模式。


持续三周,每晚9-11点2个小时的蓝光照射,可以在不扰乱节律或睡眠的前提下,使小鼠表现出抑郁样行为。

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图2:WT小鼠经过LAN造模后,在维持正常节律的前提下,出现抑郁样表型。

 

通过使用视杆细胞,视锥细胞和ipRGC缺失的转基因动物,作者们发现ipRGC在LAN诱发抑郁情绪的过程中发挥着充分且必要的作用。

 

为了揭示介导LAN作用的中枢结构,作者们进行了神经元兴奋损伤,光遗传激活等操作,判断pHb是介导LAN作用的的重要环路节点。

 

进一步的环路研究发现,pHb的背侧部分(dorsal pHb, dpHb)投射到NAc,腹侧部分(ventral pHb, vpHb)则投射到前额叶皮层(medial prefrontal cortex,mPFC)。


NAc是同奖赏密切相关的核团,而mPFC同情绪和高级认知密切相关。


研究组通过AAV病毒工具分别抑制了pHb对mPFC和NAc的输入,结果证实,只有对dpHb-NAc投射进行抑制才会影响LAN的作用,这些证据揭示了dpHb-NAc投射在LAN诱发负性情绪中的核心作用。

 

最后,为深入探究光在不同时段(白天/夜晚)对情绪产生不同调控的机制。


通过单细胞膜片钳和在体光纤记录,研究者发现投射到NAc的dpHb神经元在夜间相比白天可兴奋性更高,更易发放动作电位;而投射到mPFC的vpHb神经元并没有类似现象。


表明投射到NAc的dpHb神经元作为受昼夜节律控制的阀门,只在夜间开放,允许夜间光线信号通过dpHb调节同奖赏密切相关的核团NAc,进而诱发负性情绪。

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图3:光纤记录实验证明投射到NAc的dpHb神经元在夜间相比白天可兴奋性更高。

 

研究者猜测这条ipRGCs—dpHb—NAc的神经环路可能在正常生理条件下,避免动物在昼夜交替时暴露于光线下,从而避免天敌。


这条环路如果在人类中同样存在,就可能被夜间人工的光线环境所劫持,从而诱发负性情绪。

 

中国科学技术大学生命科学与医学部教授薛天和合肥学院教授赵欢为该论文的共同通讯作者,博士生安楷和赵欢为该论文共同第一作者。

 

相关论文信息:

DOI:10.1038/s41593-020-0640-8




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