CeA D1神经元光遗传学刺激足以诱导“以痛为乐”的病理性吸引行为

《Communications Biology》：Wanting what hurts: D1 dopamine neuronal stimulation in CeA is sufficient to induce maladaptive attraction

本文推荐：为解析病理性欲望（如成瘾）的神经基础，研究人员聚焦杏仁核中央核（CeA）神经元亚型在“以痛为乐”（wanting what hurts）行为模型中的作用。通过Cre依赖性光遗传学技术特异性刺激CeA内表达D1多巴胺受体（D1）、D2多巴胺受体（A2）或促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）的神经元，发现选择性激活CeA D1神经元足以诱导大鼠对电击杆产生与广泛激活所有CeA神经元（hSyn）相似的病理性吸引。该吸引行为伴随中脑边缘系统Fos激活，表明其由通常用于奖赏的激励动机机制介导。研究揭示了CeA D1神经元在成瘾样动机中的特殊作用。

　　

为何个体会执着追求明知有害的事物？成瘾行为的核心特征之一，便是这种“想要”与“喜爱”的分离——即使不再享受成瘾物质带来的快感，强烈的渴求仍会持续驱动行为。这种病理性欲望在实验室中可通过“以痛为乐”（wanting what hurts）的行为范式模拟：通过光遗传学手段刺激大鼠杏仁核中央核（central nucleus of amygdala, CeA）神经元，并让其自愿接触带电的电击杆，大鼠竟会发展出对电击杆的强烈吸引，尽管每次接触都会遭受疼痛电击。然而，CeA内包含多种神经元亚型，究竟是哪些特定神经元亚型主导了这一反常行为，此前尚不明确。

为解决这一问题，密歇根大学的David Nguyen和Kent C. Berridge团队在《Communications Biology》上发表了最新研究。他们利用转基因大鼠模型，结合Cre依赖性光遗传学技术，系统比较了CeA内表达D1多巴胺受体（D1）、D2多巴胺受体（A2）以及以促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）为神经递质的神经元亚型在诱导“以痛为乐”行为中的相对贡献。研究揭示，选择性刺激CeA D1神经元足以诱发与广泛刺激所有CeA神经元相似强度的病理性电击杆吸引行为，而刺激CeA A2（D2）或CRF神经元则无效。这一发现为理解成瘾等 maladaptive motivation（病理性动机）的神经环路机制提供了新的关键靶点。

主要关键技术方法

研究使用了多种关键技术：1） Cre依赖性光遗传学病毒（AAV5-DIO-ChR2-eYFP）靶向感染特定CeA神经元亚型（D1-Cre, A2-Cre, Crh-Cre转基因大鼠）；2） 行为学范式包括激光配对电击杆吸引测试、激光自我刺激测试、障碍跨越测试、条件性强化测试（听觉CS+和嗅觉CS+）以及假杆测试；3） 免疫组织化学染色定量分析激光诱导的局部CeA Fos表达和远距离脑区Fos表达，以绘制被招募的神经环路；4） 使用立体定位技术进行病毒注射和光纤植入。实验动物包括Sprague-Dawley、Long Evans和Wistar转基因大鼠。

研究结果

CeA激光自我刺激存在显著个体差异

作为群体，接受广泛CeA神经元刺激的hSyn ChR2大鼠和接受CeA D1神经元刺激的D1 ChR2大鼠在主动端口/喷口均表现出显著的激光自我刺激行为。然而，两组中均只有约60%的个体实际进行了自我刺激，其余个体则完全未进行自我刺激，表现出巨大的个体差异。相比之下，A2（D2） ChR2大鼠未能自我刺激，反而表现出轻微的激光回避；CRF ChR2大鼠整体上也未能自我刺激激光。

配对hSyn ChR2和D1 ChR2刺激在CeA中产生对电击杆的吸引

对照组eYFP大鼠仅在第一天探索时少量接触电击杆，随后几天迅速减少接触并表现出防御性掩埋行为，最终转为回避电击杆。与之相反，hSyn ChR2和D1 ChR2大鼠在激光配对的三天中持续高频接触电击杆，接收的电击次数是对照组的700%以上，且两者无显著差异。它们几乎不表现防御性掩埋行为，并花费大量时间紧邻电击杆。重要的是，无论个体后续是否表现出激光自我刺激行为，其电击杆吸引强度均无统计学差异，表明自我刺激动机并非病理性吸引的必要条件。当第4天撤除激光后，两组大鼠的电击杆接触均急剧减少；第5天恢复激光刺激后，吸引行为再次恢复至原有水平。而CRF ChR2和A2（D2） ChR2大鼠则与对照组类似，始终回避电击杆并表现防御行为。

有动机的杆吸引克服了障碍

为检验吸引行为的动机强度，研究人员设置了障碍测试。hSyn ChR2和D1 ChR2大鼠均会反复爬过一个不透明的保护屏障去接触电击杆，从而导致多次电击，其跨越屏障的次数显著高于对照组eYFP大鼠。即使是在激光自我刺激测试中失败的大鼠，也表现出强劲的跨越障碍动机。

对假杆无吸引

当用不通电的假杆（dummy rod）进行测试时，无论是否配对激光刺激，hSyn ChR2和D1 ChR2大鼠均未表现出对假杆的显著吸引，其接触次数与对照组无差异。这一反直觉的结果表明，电击杆的电击本身（UCS）在与CeA ChR2刺激结合时，对维持病理性吸引起到了积极的促进作用，而非仅仅是需要忍受的代价。

条件性强化与偏好测试：是否寻求电击相关线索？

在条件性强化测试中，hSyn ChR2和D1 ChR2大鼠在能够获得与电击杆相关的听觉CS+（条件刺激）呈现的那一天，其总鼻触次数显著高于获得安全CS-的那一天，表明它们会主动寻求与电击相关的CS+线索。在嗅觉线索偏好测试中，两组大鼠均在充满与电击杆相关的CS+气味的腔室中停留更长时间，表现出对该情境线索的偏好，仿佛该线索是奖赏信号。

组织学分析：病毒表达与激光诱导的局部CeA Fos表达

病毒表达通常覆盖CeA直径1.6-2毫米的区域。激光刺激在hSyn ChR2和D1 ChR2大鼠的CeA内均诱导产生局部Fos表达增强区（Fos plume），其半径约为0.2-0.35毫米，Fos表达水平较eYFP对照组基线升高300%以上。

电击杆吸引招募广泛的中脑皮质边缘环路神经生物激活

对远距离脑区的Fos分析显示，在hSyn ChR2和D1 ChR2大鼠中，电击杆吸引行为还招募了多个中脑皮质边缘（mesocorticolimbic）脑区的显著Fos表达增加，包括前扣带回皮层前肢区（prelimbic cortex, PL）、背内侧纹状体（dorsomedial striatum, DMS）、伏隔核 medial shell（NAcsh）的吻侧和尾侧部分、伏隔核 core（NAcc）、内侧杏仁核（medial amygdala, MeA）、下丘脑外侧区（lateral hypothalamus, LH）以及腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）。这种激活模式与通常在追求常规奖赏（如蔗糖或可卡因）时观察到的激励动机（incentive motivation）相关环路的激活相似。

研究结论与意义

本研究结果表明，选择性光遗传学刺激CeA内表达D1多巴胺受体的神经元，足以在与电击杆遭遇配对时，诱导大鼠产生对伤害性电击杆的病理性吸引，其强度与广泛刺激所有CeA神经元亚型所诱导的吸引力相当。而选择性刺激CeA内表达D2受体和A2腺苷受体的神经元，或使用CRF作为神经递质的神经元，则未能诱导电击杆吸引。

病理性电击杆吸引由激励动机（通常用于奖赏）而非防御或攻击性动机介导，证据包括大鼠会克服障碍主动寻求电击杆，并寻求与电击相关的Pavlovian线索（CS+）。研究还表明，电击本身在与CeA ChR2刺激结合时，对吸引行为起到了支持作用，而非单纯的威慑。激光自我刺激动机并不能完全解释这种病理性吸引，因为许多未能自我刺激激光的个体同样表现出强烈的电击杆吸引。

这项研究将“以痛为乐”确立为成瘾样动机的实验室原型，揭示了CeA D1神经元在驱动 maladaptive desire（病理性欲望）中的特殊作用。其意义在于提示CeA D1神经元的激活可能特异性地招募中脑皮质边缘激励显著性（incentive salience）环路，这为理解成瘾等疾病中动机回路异常激活的细胞机制提供了新的视角。研究结果暗示，靶向CeA D1信号通路可能为干预病理性动机状态提供新的策略。