《Biological Control》：Ventral Tegmental Area dopamine neurons regulated by Parabrachial Nucleus mediate long-term aversive memory
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VTA多巴胺神经元与谷氨酸、GABA神经元共存，外侧PBN谷氨酸能神经元通过单突触连接调控VTA神经元，介导天敌威胁与条件性厌恶记忆的长期表达，需D1受体参与。
罗德里戈·伊万·奥斯纳亚-拉米雷斯（Rodrigo Ivan Osnaya-Ramirez）|王慧玲（Huiling Wang）|张世良（Shiliang Zhang）|杰西·托里亚·马克西莫（Jesse Torija Maximo）|韩素云（Suyun Hahn）|刘冰（Bing Liu）|扎卡里·布罗德尼克（Zackary Brodnik）|叶蓉（Rong Ye）|玛丽塞拉·莫拉莱斯（Marisela Morales）
美国马里兰州巴尔的摩市国家药物滥用研究所（National Institute on Drug Abuse）综合神经科学研究部门（Integrative Neuroscience Research Branch），邮编21224
摘要
背景
腹侧被盖区（VTA）的多巴胺神经元与谷氨酸和GABA神经元混合存在，这些神经元与厌恶反应有关。尽管目前尚不清楚调控不同类型VTA神经元以产生厌恶反应的具体神经回路，但其中可能的一个组成部分是副脊髓核（Parabrachial Nucleus，简称PBN），该核参与威胁信号的编码并支配VTA区域。
方法
为了研究VTA神经元与PBN输入之间的突触连接，我们采用了神经元追踪、RNA检测、免疫组化、电子显微镜以及离体电生理学等方法。为了探讨不同类型的VTA神经元和PBN输入在行为中的作用，我们结合使用了行为实验、光遗传学技术、药理学以及神经元基因敲除等方法。
结果
我们发现，外侧PBN（LPBN）的谷氨酸能神经元支配VTA区域，光激活这条通路能够诱导长期的厌恶记忆。当LPBN神经元受到先天或后天威胁时，其活动会增加；然而，通过基因敲除这些神经元后，对威胁的反应会消失。研究结果表明，LPBN的谷氨酸能神经元与VTA的多巴胺神经元、GABA神经元及谷氨酸神经元建立了单突触连接。值得注意的是，只有VTA的多巴胺神经元（而非GABA或谷氨酸神经元）通过LPBN的谷氨酸能神经元介导了对先天和后天威胁的长期厌恶记忆，而这种作用可被VTA-D1受体拮抗剂阻断。
结论
我们的研究结果表明，虽然不同类型的VTA神经元受到LPBN谷氨酸能神经元的调控，但LPBN神经元会将威胁信号传递给VTA的多巴胺神经元。这条通路通过促进多巴胺的体树突释放及激活VTA-D1受体，从而介导长期厌恶记忆的形成。
引言
腹侧被盖区（VTA）的多巴胺（DA）神经元（表达酪氨酸羟化酶；VTATH神经元）与谷氨酸（表达囊泡谷氨酸转运蛋白2；VTAVGluT2神经元）及GABA神经元（表达囊泡GABA转运蛋白；VTAVGaT神经元）共存。早期研究认为VTATH神经元参与奖励处理（1, 2），但越来越多的证据表明这些神经元也参与厌恶信号的传递（3, 4, 5, 6, 7）。此外，最新研究显示VTAVGaT神经元同时参与奖励（8, 9）和厌恶反应（10, 11, 12），而部分VTAVGluT2神经元则分别与奖励（13, 14, 15）或厌恶反应（11, 16, 17, 18, 19）相关。
虽然调控特定VTA神经元亚群以产生奖励或厌恶反应的上游机制尚未完全阐明，但基于狂犬病病毒的追踪研究表明，副脊髓核（PBN）可能是向VTATH、VTAVGluT2和VTAVGaT神经元提供单突触输入的脑结构之一（19, 20, 21）。PBN是一个多感觉中继站，在编码危险信号（如威胁）方面起着关键作用（22），它通过不同类型的神经元群体影响大脑不同区域（23）。PBN将痛觉信号传递至中脑回路，调节对疼痛的情绪反应（24），并且该通路与慢性疼痛与抑郁症的共病有关（25）。最近的研究还发现，PBN对于逃避有害刺激和厌恶学习至关重要，这一过程涉及下游脑结构（包括中央杏仁核）的参与（26, 27）。PBN内含有不同类型的神经元，这些神经元在解剖学上具有不同的分布特征（28, 29），其中外侧PBN（LPBN）支配VTA区域（24, 25, 30, 31）。一些研究表明LPBN→VTA通路与回避行为有关（31），另一些研究则认为该通路与位置偏好有关（30）。
通过多学科研究方法，我们发现LPBN向VTA发送双侧谷氨酸能投射，并在VTATH、VTAVGluT2和VTAGABA神经元上形成突触。通过纤维光度测量技术，我们证实LPBN神经元在面对先天或后天厌恶刺激时会被激活。通过光激活LPBNVGluT2神经元并结合特定VTA神经元的基因敲除及药理学实验，我们发现了LPBNVGluT2神经元与VTATH神经元之间的突触连接在长期厌恶记忆形成中的关键作用。
实验模型与实验对象
我们使用了C57BL/6J背景下的转基因小鼠，这些小鼠同时携带Vgat-Cre、Vglut2-Cre和Th-Flp/Vglut2-Cre基因（32, 33）。这些小鼠为杂合子，并在C57BL/6J背景下进行回交繁殖，实验均在NIDA/IRP动物设施（巴尔的摩）中进行。动物实验的护理和使用符合相关机构及国际标准，并获得了国家药物滥用研究所动物护理和使用委员会的批准（ASP: 24-INRB-2）。
立体定向注射荧光金颗粒（FluoroGold）及光纤植入
所有手术均在异氟醚麻醉下进行
LPBNVGluT2神经元向VTA的投射与长期厌恶记忆相关
为了确定向VTA投射的PBN神经元类型，我们单侧将荧光金颗粒（Fluoro-Gold，简称FG）注入VTA（图1A, B），并在同侧及对侧PBN中检测到标记有FG的神经元（图1I-K’）。研究发现，FG神经元主要分布在外侧PBN（LPBN）中，其中大部分神经元同时表达VGluT2 mRNA（94.4 ± 0.8%；779/827个神经元）（图1C-H和图S1），但它们不表达降钙素基因相关肽
讨论
关于厌恶刺激反应及其回避机制的神经回路研究已持续数十年，PBN作为关键脑结构被发现：它通过整合外感受性和内感受性信号以及自主神经系统调节，在威胁情境下促进适当的的行为反应，包括先天性和后天习得的行为（26, 38）。多项研究显示，某些VTATH神经元在面对厌恶刺激时会被强烈激活
利益声明
所有作者均声明无任何生物医学财务利益或潜在的利益冲突。
未引用的参考文献
42.; 43.; 42.; 43.
致谢
本研究得到了国家药物滥用研究所内部研究计划的资助。M.M.、R.I.O-R.、HL.W.和S.Z.共同构思了该项目。R.I.O-R.、HL.W.和J.T.M.负责行为实验和数据分析；S.Z.和R.Y.负责共聚焦显微镜和电子显微镜观察及图像分析；B.L.、HL.W.、J.T.M.和R.I.O-R.负责解剖学研究；S.H.负责离体实验记录，Z.B.负责电位测量记录。M.M.、R.I.O-R.、HL.W.和S.Z.负责整个研究的准备工作。
