小脑 - 未定带回路对焦虑样行为的双重可塑性调控：解锁小脑治疗焦虑新靶点

为探究焦虑能否通过对小脑的神经调节进行治疗，浙江大学生命科学研究院等机构的研究人员开展了小脑 - 未定带（ZI）回路调节焦虑的研究。结果发现 CN→ZIGABA和 CNGABA→ZI 回路可双向调节焦虑和位置偏好，该研究为小脑参与焦虑调节机制提供依据。

　　在神经科学领域，长期以来，人们一直认为小脑主要参与运动调节。然而，近年来，越来越多的临床观察表明，小脑与情绪和精神障碍之间存在着千丝万缕的联系。比如，小脑损伤的患者常常会出现焦虑、抑郁等症状 ，这一现象引发了科学界的广泛关注，也促使研究人员深入探索小脑在情绪调节中的具体机制。此前，关于压力和焦虑的研究大多集中在前脑及其相关区域，对小脑的关注相对较少。而且，虽然已经发现小脑与焦虑相关网络存在连接，但对于能否通过调节小脑来治疗焦虑，以及具体的调节机制是什么，这些问题依旧迷雾重重。为了揭开这些谜团，广州医科大学第二附属医院、浙江大学医学院附属邵逸夫医院等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解小脑与焦虑之间的关系提供了全新的视角。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是病毒示踪技术，通过注射特定病毒来标记神经元，以此明确小脑核（CN）与未定带（ZI）之间的神经连接；二是光遗传学技术，利用光来精确控制神经元的活动，进而探究特定神经通路对焦虑样行为的影响；三是化学遗传学技术，通过药物调控神经元活动，进一步验证实验结果；四是电生理学技术，记录神经元的电活动，分析神经传递的特性。
研究结果如下：

1. CN 向 ZI 的投射：研究人员运用多种病毒示踪方法发现，CN 中的神经元会通过谷氨酸能和 GABA 能投射与 ZI 中的神经元建立联系，而且这种联系具有双向性。具体来说，CN^GLU神经元投射到 GABA 能的 ZI 神经元（ZI^GABACN^GLU），而 CN^GABA神经元则投射到谷氨酸能的 ZI 神经元（ZI^GLUCN^GABA）。这一发现揭示了 CN-ZI 回路复杂而独特的结构，为后续研究奠定了基础。
2. CN^GLU→ZI 和 CN^GABA→ZI 回路中的单突触连接：通过对 vGluT2-Cre;Ai14 和 vGat-Cre;Ai14 小鼠进行脑片膜片钳记录，研究人员证实了 CN 与 ZI 之间存在单突触连接。在 CN^GLU→ZI 回路中，光刺激能在部分非 ZI^GLU神经元中引发兴奋性突触后电流（EPSCs），且这些反应可被相应的受体拮抗剂阻断；在 CN^GABA→ZI 回路中，光刺激能在部分非 ZI^GABA神经元中引发抑制性突触后电流（IPSCs），同样可被相应拮抗剂阻断。这表明 CN 与 ZI 之间的神经传递是通过单突触实现的，并且具有特定的受体机制。
3. ZI^GABACN 和 ZI^GLUCN^GABA神经元对压力的编码：利用光纤光度法，研究人员记录了小鼠在受到不同压力刺激时，ZI^GABACN 和 ZI^GLUCN^GABA神经元的即时钙瞬变。结果发现，这两种神经元都能对压力刺激产生反应，且反应模式有所不同。同时，在给予食物奖励时，这两种神经元并没有明显的反应，说明它们主要对压力刺激敏感，而对奖励不敏感。
4. 激活 CN^GLU→ZI 通路诱导焦虑和厌恶：通过光遗传学和化学遗传学方法激活 CN^GLU→ZI 通路，研究人员发现小鼠在高架十字迷宫（EPM）、旷场实验（OFT）等行为学测试中表现出焦虑样行为，且在位置偏好测试中表现出厌恶反应。进一步的电生理学研究表明，激活该通路会导致 ZI^GABACN 神经元的兴奋性增加，突触传递增强，这为焦虑和厌恶行为的产生提供了细胞层面的解释。
5. 沉默 CN^GLU→ZI 通路减少焦虑：与之相反，利用光遗传学、化学遗传学以及阻断突触传递等方法沉默 CN^GLU→ZI 通路，小鼠在 EPM 和 OFT 等测试中焦虑样行为明显减少。电生理学研究显示，沉默该通路会降低 ZI^GABACN 神经元的兴奋性，减弱突触传递，这表明该通路的抑制确实能够缓解焦虑。
6. 激活 CN^GABA→ZI 回路减轻焦虑和厌恶：激活 CN^GABA→ZI 回路后，小鼠在 EPM 测试中焦虑样行为减少，在位置偏好测试中表现出 “奖赏” 偏好。这说明该回路的激活具有抗焦虑和抗厌恶的作用，与激活 CN^GLU→ZI 通路的效果相反。
7. CN→ZI 回路介导运动诱导的焦虑缓解：研究人员发现，运动可以缓解小鼠的焦虑水平，而操纵 CN^GLU→ZI 和 CN^GABA→ZI 通路能够调节这种运动诱导的焦虑缓解作用。具体来说，激活 CN^GLU→ZI 通路会减弱运动的抗焦虑效果，而抑制 CN^GABA→ZI 通路同样会降低运动的抗焦虑作用。此外，研究还发现运动能够增强 CN→ZI 通路的投射强度，进一步说明了该通路在运动与焦虑调节之间的重要作用。
   在讨论部分，研究人员总结了研究的重要意义。首先，他们揭示了 CN→ZI 回路在调节焦虑样行为中的重要作用，这一发现丰富了我们对小脑功能的认识，也为理解焦虑的神经机制提供了新的维度。其次，CN→ZI 回路中同时存在谷氨酸能和 GABA 能投射，这种独特的结构为进一步研究神经回路的复杂性和功能多样性提供了范例。再者，研究表明该回路的可塑性（如 LTP^Pre_GLU和 LTP^Pre_GABA）与焦虑的维持和调节密切相关，为深入研究焦虑的生物学基础提供了新的靶点。最后，研究人员提出，小脑输出可能成为治疗情感障碍的潜在靶点，这为未来开发治疗焦虑等情感障碍的新方法提供了理论依据。
   总的来说，这项研究深入探讨了小脑 - 未定带回路与焦虑之间的关系，为神经科学领域的研究开辟了新的方向，也为未来治疗焦虑等相关疾病带来了新的希望。