Nature子刊: 調節焦慮可降低社會攻擊性以及促進父母養育行為

焦慮是一種負面情緒狀態，通常表現在焦慮症和抑鬱症中。壓力應激後誘發的焦慮是一種適應性反應，可以幫助動物保持謹慎並更好地應對潛在威脅。然而，焦慮有時也呈現為一種病理狀態，如是創傷後應激障礙和重度抑鬱症，受試者會表現出過度或持續恆定的焦慮。

由於現代社會生活和工作壓力的增加，焦慮症正變得越來越普遍，為了改善焦慮症的現有治療方法或開發新的治療策略，必須全面瞭解控制這種情緒狀態的神經迴路。以往研究認為焦慮是由大腦中廣泛分佈的神經網路控制，近期研究表明杏仁核和終紋床核（the Bed Nucleus of the Stria Terminalis，BNST）在焦慮樣行為中起重要作用。儘管有這些研究，我們對焦慮網路中涉及到的關鍵結構和神經環路仍不清楚。

在此背景下，來自美國南加州大學Huizhong Whit Tao和Li I。 Zhang團隊於2021年2月在

Nature

Neuroscience上發文，研究內側視前區（medial Preoptic Area， mPOA）在應激應激誘導的焦慮樣行為中的作用，此腦區具有明顯的雌雄差異，以前在焦慮相關環路中從未被研究過。

點選載入圖片

1。 應激啟用mPOA腦區中的穀氨酸能

神經元

誘導負性焦慮樣行為

首先，作者給予小鼠不同的物理應激，如強迫游泳，電熱板或足底電擊，1小時後透過焦慮行為評價實驗，開場實驗（OFT）和高架十字迷宮（EPM）檢測發現，實驗組小鼠在OFT中心區和EPM開臂區探索的時間減少，表明暴露於應激後的小鼠焦慮樣行為增加。

接著，作者透過c-Fos染色檢測應激後哪些大腦區域表現出急性或長期活動。結果顯示應激後動物的mPOA、杏仁核、BNST和中央導水管周圍灰質（Periaqueductal Gray， PAG）中的c-Fos表達均升高。透過c-Fos和囊泡穀氨酸轉運體2（Vesicular-glutamate transporter 2， Vglut2）共定位發現mPOA腦區啟用的神經元中80%是穀氨酸能神經元。

點選載入圖片

圖1 環境應激引起mPOA的穀氨酸神經元啟用和小鼠焦慮樣行為

接下來，透過將GCaMP6s病毒注射到Vglut2-Cre小鼠的mPOA腦區中，作者發現所有測試應激源均可引起鈣訊號增加。透過光

遺傳學

啟用Vglut2神經元，電擊組的神經元自發放電速率提高，並持續了4h，與應激暴露後焦慮狀態維持4h的行為結果一致。這些結果表明，環境應激可引起mPOA的穀氨酸神經元啟用和小鼠焦慮樣行為。

2。穀氨酸能mPOA神經元可介導焦慮樣行為

作者透過光遺傳學和化學遺傳學測試穀氨酸能mPOA神經元是否參與應激誘導的焦慮樣行為，研究其啟用或失活狀態下對焦慮樣行為的影響。

首先，透過光遺傳學（ChR2）直接啟用Vglut2-Cre小鼠的mPOA腦區的穀氨酸神經元，同時結合雙室（LED-on/LED-off）的實時位置偏好試驗（PPT）觀察到表達ChR2的動物在LED-on中的時間比GFP對照組少得多。此外，暴露於LED刺激下24小時後，即使未施加LED燈，動物仍表現出避開LED-on的能力，表明mPOA神經元的啟用可以促進條件性避讓。

連續LED光脈衝（10 Hz）的啟用減少了曠場實驗的中心時間和高架十字迷宮的開臂時間，引起瞳孔擴張和運動增加，但無性別差異和位置特異性。同樣，化學遺傳學（hM3Dq）啟用mPOA的穀氨酸能神經元會減少曠場實驗的中心時間和高架十字迷宮的開臂時間。這些行為模式提示了表達ChR2和表達hM3Dq實驗組的一種高喚醒水平，提示小鼠的焦慮樣行為出現和警惕性升高。

點選載入圖片

圖2 啟用mPOA穀氨酸能神經元可增強焦慮樣行為

其次，作者使用化學遺傳學以及光遺傳學技術沉默Vglut2-Cre鼠的mPOA穀氨酸能神經元，結果表明，動物在OFT中心區和EPM開臂區探索的時間要更長，這些結果表明，抑制mPOA穀氨酸能神經元能減輕應激源誘導的小鼠焦慮樣行為。

點選載入圖片

圖3 沉默mPOA穀氨酸能神經元可以減少應激誘導的焦慮行為

3。mPOA拮抗社會壓力引起的焦慮和父母行為

此前，有報道稱mPOA與社會行為（如養育、狩獵和交配）有關。接下來，作者將進一步解答、mPOA是否在社交引起的焦慮中起作用。作者將一隻較年輕的雄性成年小鼠（入侵者）或一隻外來幼崽放入常駐一隻未交配過的雄性小鼠籠中，發現常駐雄鼠焦慮樣行為增加，包括曠場實驗的中心時間和高架十字迷宮的開臂時間減少。

光纖光度法記錄鈣訊號發現常駐雄鼠的mPOA穀氨酸能神經元鈣活性大幅增加。相反，當常駐雄鼠和雌性入侵者相互作用或常駐雌鼠和外來幼崽相互作用時，鈣活性未改變。光遺傳學抑制該類神經元后可緩解社會應激引起的焦慮樣行為。並且，在幼崽暴露期間，mPOA穀氨酸能神經元的光遺傳學抑制極大地減少了對幼崽的定向攻擊並增加了對幼崽理毛時間（即育兒能力增強）。

總之，這些結果提示當焦慮狀態得到抑制時，社會攻擊性會降低，促進父母養育行為。因此，mPOA介導的情緒狀態與社會行為緊密相關。

點選載入圖片

圖4 mPOA穀氨酸能神經元拮抗調節社會壓力誘導的焦慮和父母行為

4。mPOA介導焦慮樣行為的環路途徑

作者接下來進一步探索了mPOA的下游靶點。首先，透過注射GFP病毒到mPOA穀氨酸能神經元追蹤軸突，發現細胞可投射到中腦導水管周圍灰質（PAG），下丘腦外側區和上乳頭體三個區域。將AAVretro-Cre注射到Cre依賴性tdTomato報告基因（Ai14）小鼠的PAG腦區，發現mPOA腦區可被逆行標記。

首先，光遺傳學（ChR2）啟用mPOA穀氨酸神經元發現這些細胞投射到了PAG，PAG神經元被LED刺激誘發了興奮性突觸後電流（EPSC），並且焦慮樣行為增加，包括避開LED-on、增加運動、減少曠場實驗的中心時間和高架十字迷宮的開臂時間，表明PAG神經元能接收來自mPOA的直接興奮性輸入。

此外，向PAG腦區注入AAVretro-Cre的同時，向mPOA腦區注入編碼ChR2的病毒；向PAG腦區注入編碼ChR2的病毒的同時，向mPOA腦區注入AAV-hSyn-Cre，這兩個實驗均可導致小鼠的焦慮樣行為。

以上結果證明mPOA到PAG輸出途徑調控應激誘導的焦慮樣行為。此外，作者又進一步研究了穀氨酸能mPOA→腹側被蓋區（VTA）通路是否參與調節焦慮。結果發現穀氨酸能mPOA→腹側被蓋區（VTA）的軸突數量稀疏。以上說明mPOA穀氨酸能神經元主要透過投射到PAG來增強焦慮樣行為。

點選載入圖片

圖5 mPOA到PAG途徑調控應激誘導的焦慮樣行為

5。mPOA的GABA能神經元與mPOA的穀氨酸神經元起相反的作用

由於約50%的mPOA神經元是GABA能神經元，因此，作者進一步檢測GABA能神經元是否也在焦慮樣行為中發揮作用。使用Slc32a1-Cre （Vgat-Cre）小鼠，刺激GABA能的mPOA神經元能產生LED-on位置偏好（即正價），並且增加了曠場實驗的中心時間和高架十字迷宮的開臂時間。這些神經元的啟用還增強了雌性小鼠的養育行為，同時減少了雄性小鼠對幼崽定向攻擊。

此外，作者檢測到強光誘發的單突觸抑制性突觸後電流（IPSC），說明啟用GABA能神經元可以區域性抑制穀氨酸能神經元和向PAG傳送抑制性投射。並且GABA能神經元向PAG神經元提供了直接的抑制性輸入。最後，作者透過細胞型別特異性逆行追蹤實驗，發現mPOA可能整合了來自LS、BNST和PVN等多個腦區的資訊輸入，進而調節焦慮行為

點選載入圖片

圖6 GABA能mPOA神經元在調節焦慮和父母行為中起相反的作用

結 論

綜上，本文揭示了mPOA穀氨酸能神經元和GABA能神經元在環境應激和社交應激下引起的焦慮樣行為和父母養育行為中發揮關鍵但相反的作用，即穀氨酸能神經元增強了類似焦慮的行為，同時減少了父母養育行為，GABA能神經元則相反，其不僅透過區域性抑制穀氨酸能神經元，而且透過向PAG輸入抑制性投射方式，拮抗穀氨酸能神經元的方式調節焦慮和養育行為。mPOA是協調焦慮和養育行為的關鍵中心，是治療焦慮症的潛在靶標。

參考文獻

Zhang GW， Shen L， Tao C， Jung AH， Peng B， Li Z， et al。 Medial preoptic area antagonistically mediates stress-induced anxiety and parental behavior。 Nature neuroscience。 2021 Feb 1。

編譯作者：Ivy（brainnews創作團隊）

校審：VAN（brainnews編輯部）

點選載入圖片