Science丨跨脑半球如何介导负性情绪产生？复旦大学刘星、马兰团队最新研究发表

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哺乳动物大脑半球结构对称，通过中线的连合轴突相互连接。由两个半球组成，由三条横穿中线的连合通路连接。在三个主要的连合投射中，前连合 (AC) 是脊椎动物大脑中最古老的结构。然而，这些跨半球结构（尤其是 AC）的生理重要性尚不清楚。

2024年11月8日，复旦大学基础医学院、脑科学研究院、脑功能与脑疾病全国重点实验室刘星教授、马兰教授在Science发表题为The interhemispheric amygdala-accumbens circuit encodes negative valence in mice的文章，团队发现小鼠脑内基底外侧杏仁核（BLA）神经元，通过连接二个脑半球的前连合（Anterior Commissure，AC）投射到对侧脑半球的伏隔核（NAc），这一跨脑半球神经环路与同侧神经环路的功能相反，介导恐惧、厌恶类负性情绪及逃避行为的产生。

• 通过 AC 进行的跨半球连接对于负面刺激引起的厌恶至关重要

作者在中线处切断了 AC并检查了其行为影响。与未切断 AC和野生（未手术）小鼠相比，AC 切断小鼠在运动活动、焦虑水平、社交能力或蔗糖偏好方面没有差异。然而，AC 切断似乎会影响厌恶情绪。AC 切断小鼠比未切断 AC 和幼稚小鼠饮用更多的奎宁液体，其比例与水相当。在视觉悬崖测试中，与未切割 AC 和幼稚小鼠相比，切割 AC 的小鼠对浅侧的偏好有所降低，而在迫在眉睫的威胁测试中，切割 AC 的小鼠几乎没有待在庇护所内，。此外，在社交回避测试中，与未切割 AC 和幼稚小鼠相比，切割 AC 的小鼠花费更多时间探索攻击性 CD1 小鼠。此外，在条件性位置回避 (CPA) 和恐惧条件性任务中，切割 AC 的小鼠对配对室的回避较少，。与未接受实验的小鼠相比，未切开 AC 的对照小鼠（仅在 CC 处有小切口，AC 保持完整）未表现出正刺激引起的偏好或负刺激引起的回避缺陷。

• BLA 谷氨酸能神经元通过 AC 通路投射到对侧 NAc

杏仁核在编码负价方面起着关键作用，并且通过 AC 通路，一些 BLA 神经元支配对侧 BLA。作者在单侧 BLA 的谷氨酸能神经元中表达了 mRuby，并使用 X-CLARITY追踪了单侧 BLA 投射到整个大脑。重建和渲染的三维 (3D) 图像显示了三个主要的 mRuby 标记投射源自 BLA。终纹 (ST) 通路以倒 U 形从 BLA 传播到同侧 NAc。腹侧杏仁核 (VAF) 通路与背侧 ST 通路在同侧 NAc 处汇合，值得注意的是，另一条腹侧轴突束横向行进至 VAF 通路，进入 AC，并到达对侧半球。在 CC 中没有发现任何投射，这表明 BLA 的对侧投射不会进入 CC。作者单侧将含有 ChR2-mCherry 的腺相关病毒 (AAV) 注射到 C57BL/6J 小鼠的 BLA 中，并在对侧和同侧 NAc 中检测到 BLA 投射。作者用携带 Cre 的前向跨突触转移 AAV 单侧感染 Ai14 小鼠的 BLA，并在同侧 NAc 中检测到 tdTomato+ 细胞和对侧 NAc，两者的 NAc 核心中的细胞密度最大。随后，作者单侧将含有 floxed ChR2-mCherry 的 AAV 注射到 CaMKII-Cre 或 GAD-Cre 小鼠的 BLA 中，观察到对侧 NAc 中存在显著的谷氨酸能投射，但无GABA投射。此外，用膜结合绿色荧光蛋白 (mGFP) 进行顺向标记表明，在中线处横断 AC 后，未检测到对侧 BLA-NAc 谷氨酸能投射。

• 同侧和对侧 NAc 投射的 BLA 神经元代表具有不同分子表型的分离群体

由于BLA向NAc发送显著的谷氨酸能投射，而NAc没有可检测到的向BLA的投射，作者将逆向AAV霍乱毒素亚基B（CTB）注入NAc，以逆向标记向NAc投射的BLA神经元。作者将逆向AAV eGFP注入大脑一侧的NAc，将AAV-tdTomato注入大脑另一侧的NAc，以逆向标记向同侧和对侧NAc投射的BLA神经元，使其呈现不同的荧光。结果显示，67.50±2.14％的BLA神经元向同侧NAc发送投射，36.98±2.16％的BLA神经元向对侧NAc发送投射，其中一小部分（4.48±0.33％）向双侧投射。

作者将 AAV-Cre.on-FlpO.off-NBL10 注射到一个半球的 BLA 中，并将逆行跨突触 AAV-Cre 注射到同侧，将 AAV-FlpO 注射到对侧 NAc 中，或者将 AAV-FlpO 注射到同侧，将 AAV-Cre 注射到对侧 NAc 中从同侧和对侧 NAc 投射 BLA 神经元中分离并测序核糖体相关mRNA。方差分析显示两组神经元之间的基因表达存在显著差异：与同侧 NAc 投射 BLA 神经元相比，对侧 NAc 投射 BLA 神经元中有 2107 个基因的表达水平较高，有 2336 个基因的表达水平较低。KEGG对差异表达基因的注释显示与几种通路相关的基因表达显著增加，特别是对侧 NAc 投射 BLA 神经元中的催产素信号通路、同侧 NAc 投射 BLA 神经元中的轴突引导和谷氨酸能突触通路。

• 对侧 BLA-NAc 投射受负性刺激激活，受正性刺激抑制

为了检查对侧和同侧 BLA-NAc 投射对具有正价和负价的刺激的反应，作者记录了同侧和对侧 NAc 中 BLA 谷氨酸能投射的 Ca2+ 瞬变。在自由饮用蔗糖溶液后，在同侧而非对侧 BLA-NAc 投射中检测到 GCaMP 荧光的显著增加,相反，在奎宁溶液舔舐后，对侧 BLA-NAc 投射中发现 GCaMP 荧光增加，但同侧 BLA-NAc 投射中没有发现.这些结果表明，甜味和苦味分别与同侧和对侧 BLA-NAc 投射有关。嗅一只雌性陌生老鼠会增加同侧 BLA-NAc 投射中的 GCaMP 荧光。相反，逃离 CD1 侵略者老鼠会触发对侧 BLA-NAc 投射中更大的 Ca2+ 瞬变。因此，社会奖励和社会回避分别激活了同侧和对侧 BLA-NAc 投射。头顶上方出现迫在眉睫的威胁会降低同侧投射中的 GCaMP 荧光，但会增加对侧投射中的 GCaMP 荧光。

• 同侧和对侧 BLA-NAc 投射的选择性激活会促进相反的行为

切除对侧BLA-NAc投射降低对负性刺激的回避，而同侧投射的凋亡则会降低对于奖赏的偏好，为了进一步研究这一点，作者用不同波长的激光选择性抑制 NAc 中的同侧或对侧投射。在蔗糖偏好测试或可卡因条件反射中，选择性抑制同侧 BLA-NAc 投射会降低蔗糖摄入量，并损害可卡因条件位置偏好 (CPP) 的获得。选择性抑制对侧 BLANAc 投射会增加奎宁消耗量，减少躲藏时间，增加出现迫在眉睫的威胁时的走动时间，并减少对 CD1 攻击性小鼠的回避。此外，作者在 CPP 装置中对小鼠进行了光遗传学抑制同侧或对侧 BLA-NAc 投射的条件反射训练。数据表明，通过光遗传学抑制同侧 BLA-NAc 投射的条件反射训练的小鼠对激光配对侧产生了回避行为；相反，抑制对侧 BLA-NAc 投射的小鼠则表现出对激光配对侧的偏好。

• 对侧 BLA-NAc 投射的激活会引起 D2-MSN 激活增强

为了标记受同侧或对侧 BLA 支配的 NAc 神经元，作者将顺行跨突触 AAV-FlpO 注射到大脑一侧的 BLA 中，并将 AAV-Cre 注射到另一侧的BLA，以及 AAV-DIO-eGFP 和 AAV-fDIO-mCherry 的混合物进入一侧的 NAc。在标记的 NAc 神经元中，69.95 ± 4.41% 仅表达 mCherry（仅来自同侧的输入），24.94 ± 4.01% 仅表达增强型 GFP （仅来自对侧的输入），只有 5.11 ± 1.41% 同时表达 eGFP 和 mCherry（来自两者的输入）。

多巴胺受体 D1 和 D2 阳性中棘神经元对情绪价态处理至关重要，约占 NAc 神经元的 95%。作者将顺向跨突触 AAV-Cre 注射到一侧半球的 BLA 中，并将 AAV-DIO-eGFP 双侧注射到 D1-tdTomato 小鼠的 NAc 中。结果显示，同侧BLA支配的NAc神经元中有60.99±2.00%为D1-MSN，对侧BLA支配的NAc神经元中有24.52±1.61%为D2-MSN，在Ai14小鼠一侧BLA注射顺向跨突触AAV Cre后，通过NAc中Drd1/Drd2的smFISH证实了这一点。数据显示，同侧BLA支配的NAc中有60.22±3.34%的tdTomato+细胞为D1-MSN，对侧BLA支配的NAc中有61.35±5.21%的tdTomato+细胞为D2-MSN。

同侧 BLA-NAc 投射的光激活导致 D1-MSN 中的 GCaMP 荧光显著增加，而对侧 BLA-NAc 投射的光激活导致 D2-MSN 中的 GCaMP 荧光异常增加。这些结果表明，同侧 BLA 投射主要支配 D1-MSN，而对侧 BLA 投射主要以 NAc 中的 D2-MSN 为目标。

作者进一步研究了 BLA-NAc 连接在价编码中的作用。数据显示，抑制同侧 BLA 支配的 D1-MSN 可阻断同侧 BLA-NAc 投射激活产生的 RTPP，抑制对侧 BLA 支配的 D2-MSN 可阻止对侧 BLA-NAc 投射激活引起的 RTPA。此外，抑制由同侧 BLA 支配的 D1-MSN 会损害蔗糖偏好，而抑制由对侧 BLA 支配的 D2-MSN 会损害奎宁回避行为。

总结

AC 物理横断的小鼠表现出回避和逃避行为受损，这表明通过 AC 的跨半球连接对于对负面刺激的厌恶行为反应至关重要。使用全脑 X-CLARITY 映射，作者检测到一条独特的通路，该通路从 BLA 投射并穿过 AC 到达对侧伏隔核 (NAc)。该通路独立于已知的终纹和腹侧杏仁核通路，后者投射到同侧 NAc。逆向追踪和核糖体相关 mRNA 测序显示，同侧和对侧 NAc 投射的 BLA 神经元构成具有不同分子表型的分离群体。同侧 BLA-NAc 投射由奖励刺激激活，而对侧 BLA-NAc 投射由厌恶刺激激活。选择性光遗传学抑制同侧 BLA-NAc 投射会抑制奖赏行为，而选择性光遗传学抑制对侧 BLA-NAc 投射会削弱厌恶和逃避行为。相反，选择性光遗传学激活同侧 BLA-NAc 投射会产生对激光配对侧的偏好，而选择性光遗传学激活对侧投射则会引起对激光配对侧的回避。此外，使用跨突触前向追踪和光度记录，作者发现 BLA 投射主要支配同侧 NAc 中的 D1 阳性中棘神经元 (D1-MSN) 并促进 NAc 中的多巴胺释放，而 BLA 投射主要支配对侧 NAc 中的 D2-MSN 并降低 NAc 中的多巴胺水平。

DOI: 10.1126/science.adp7520

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