尼古丁促进焦虑的神经环路机制

尼古丁除了可以刺激腹侧被盖区(ventral tegmental area, VTA)的多巴胺能(DA)神经元建立和维持强化外，还可以通过一种未知的回路引起焦虑。

法国巴黎UMR8249脑可塑性实验室近日在Neuron上发表的一篇文章对此进行了研究。他们发现，注射尼古丁会刺激两种的VTA DA神经元产生相反的功能反应：它激活伏隔核(NAc)的神经元，而抑制杏仁核(Amg)的神经元。进一步发现，尼古丁通过作用于VTA中含有β2亚基的乙酰胆碱受体，介导了焦虑样的行为。

最后，作者利用光遗传学双向操纵VTA-NAc和VTA-Amg通路来分离它们对焦虑样行为的作用。进而发现，VTA-Amg DA神经元的抑制介导了焦虑样行为，而它们的激活阻止了尼古丁促焦虑效应。这些对尼古丁有相反效应的VTA-DA神经元亚群可能不同地驱动尼古丁的焦虑和强化作用。

1.不同的VTA-DA神经元群对急性尼古丁注射反应相反

首先，作者用单细胞电生理记录了静脉注射尼古丁后VTA-DA神经元的反应。急性静脉注射尼古丁可引起DA神经元放电速率的显著变化，并且注射盐水的神经元放电频率呈单峰分布，而注射尼古丁的神经元放电频率呈双峰分布。

经鉴定的245个DA神经元中，部分被激活(Nic+;n = 155)，而其他被尼古丁注射抑制(Nic-, n = 88)。此外，尼古丁诱导的DA神经元放电率的变化是剂量依赖性的，且在所有剂量测试中，它们保持了反应的极性(即增加或减少)。

因此，尼古丁诱发反应（即激活或抑制）可使VTA-DA神经元分离成两个种群。但目前仍不能仅基于自发性活动的分析来预测尼古丁诱发反应。进一步进行解剖学检测发现，受抑制的神经元比激活的神经元更位于VTA的内侧。

尼古丁注射可引起不同VTA神经元群相反的反应

2.尼古丁激活的VTA-DA神经元投射到NAc 而尼古丁抑制的VTA-DA神经元投射到BLA

接下来，作者研究了这两个亚群是否在解剖上属于不同的多巴胺回路。作者首先将绿色逆行示踪剂（RetroBeads，RB）注射到NAc三个亚核中：外侧壳(NAcLSh)、内侧壳(NAcMSh)和核（core）。之后用三标免疫荧光法确认所有记录的神经元的DA性质(TH+)、投射位置(RB+或RB-)和定位。

作者在NAc注射RB (均为壳+核)，记录并标记了32个尼古丁激活神经元和17个尼古丁抑制神经元，在NAc投射的DA神经元中，有93%被尼古丁激活，而只有7%被抑制。相比之下，其余19个DA神经元没有NAc(RB-, TH+)投射过来的证据，其中79%被尼古丁注射抑制，21%被激活。

因此，NAc投射细胞中尼古丁激活神经元的比例明显高于整个RB+和RB-神经元的预期比例。其中所有记录的神经元再次用生物素标记，三标记免疫荧光法确认为DA。

接下来，作者用RB向小鼠Amg(BLA+CeA)中进行注射，发现在Amg投射细胞中受抑制神经元的比例明显高于整个RB+和RB−神经元的预期比例。通过对NAc-投射(n=30)和Amg-投射(n=22)神经元中尼古丁诱发的放电频率变化的分析，发现了两种不同的分布模式。

总之，这些结果表明，静脉注射尼古丁激活的大部分VTA-DA神经元向NAc(核或壳)投射，而大部分受尼古丁抑制的神经元投射到Amg中。总之，这些结果证实了尼古丁在VTA区两条不同的多巴胺通路中相反的功能反应。

被尼古丁激活或抑制的VTA神经元群分属于两条投射通路

3.尼古丁的焦虑作用需要VTA中含有β2亚基的nAChR

接下来作者想知道这两个不同的DA回路是否与急性注射尼古丁后的不同行为结果有关。为了确定VTA区在急性尼古丁暴露致焦虑中的作用，作者给小鼠急性注射生理盐水或尼古丁，发现注射尼古丁可以减少探索开臂的时间。

将尼古丁直接输注到VTA区，也会减少EOM(Elevated O Maze)开臂探索的时间。因为尼古丁诱发反应主要是由存在于DA和VTA GABA神经元体上的β2 nAChR介导的，所以作者评估了VTA区含β2亚基的nAChR在尼古丁诱发焦虑效应中的作用，发现对缺乏nAChR β2亚基的突变小鼠(β2−/−小鼠)VTA-DA神经元进行在体内记录表明，尼古丁注射没有反应。

在β2−/−Vec小鼠VTA中选择性地慢病毒重表达β2亚基，可以整体恢复了尼古丁的反应，再次出现尼古丁诱导的DA神经元放电的增加或减少。

行为学方面，在EOM实验中，β2−/−小鼠对尼古丁注射的焦虑作用不敏感，而在β2−/−Vec小鼠的VTA中，的慢病毒重表达β2恢复了这一作用。总之，这些结果表明，急性尼古丁注射的焦虑效应需要通过VTA中的β2 nAChR传递信号。

nAChRs β2亚基介导VTA-DA神经元对尼古丁注射的反应和尼古丁诱导的焦虑样行为

4.操纵VTA-Amg-DA通路可调节基础焦虑和尼古丁诱导焦虑，VTA-NAc-DA通路与尼古丁诱导的焦虑样行为无关

因为尼古丁诱导的DA神经元的激活和抑制是相伴而生的，所以作者决定使用光遗传学来独立操纵这两组DA神经元，方法是将视蛋白CatCh、Jaws或无视蛋白的YFP注射入DAT- Cre小鼠的BLA，以限制该区域内光遗传刺激对DA末梢的影响。

在表达Jaws的小鼠的BLA中，光抑制DA末梢减少了EOM开臂的时间百分比，相反，与表达CatCh的小鼠的BLA中光激活DA末梢增加了EOM开臂的时间百分比。

另外作者发现，在EOM测试中，光激活BLA-DA神经元末梢消除了尼古丁注射引起的焦虑效应。而VTA-NAc-DA通路与尼古丁诱导的焦虑样行为无关。

对投射BLA的DA神经元的抑制会导致类似焦虑的行为

结 论

本项研究结果表明:(1)注射尼古丁后，VTA-DA神经元的激活和抑制同时出现；(2)VTA-Amg和VTA-NAc-DA通路对应于两个解剖上和功能上截然不同的回路，它们介导了不同的行为效应，存在功能性分离:抑制Amg投射的VTA-DA神经元是焦虑性的，而激活NAcLSh投射的VTA-DA神经元是有益的。

参考文献

Nguyen C, Mondoloni S, Le Borgne T, Centeno I, Come M, Jehl J, Solié C, Reynolds LM, Durand-de Cuttoli R, Tolu S, Valverde S, Didienne S, Hannesse B, Fiancette JF, Pons S, Maskos U, Deroche-Gamonet V, Dalkara D, Hardelin JP, Mourot A, Marti F, Faure P. Nicotine inhibits the VTA-to-amygdala dopamine pathway to promote anxiety. Neuron. 2021 Jun 30

编译作者：Sheena(brainnews创作团队)

校审：Simon（brainnews编辑部）