Nat neurosci：借助AstroLight点亮星形胶质细胞，调控线索触发的行为

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《动物行为实验指南》共674页，涵盖了常见的实验动物，如小鼠、大鼠和斑马鱼，详细描述了每一种行为测试的实验设计、测试设备、实验流程、评估指标、预期结果、常见问题及解决方法、数据分析、模型应用与局限性等各个方面。它通过快速引导，帮助研究人员高效地掌握实验的每个阶段，减少了查阅文献和寻找方法的时间，成为各类科研人员的重要参考资料。 《动物行为实验指南》共计收录了16种动物行为类型，包括焦虑抑郁、学习记忆、痛觉、运动、恐惧、社交、癫痫、操作、成瘾、视觉、痒觉、味觉、嗅觉、睡眠、斑马鱼行为以及常见动物模型等内容。每一类动物行为下，都详细介绍了多个经典的实验范式，涵盖了超过100种实验方法。

星形胶质细胞是动态细胞，在脑功能中发挥关键作用，但传统上由于对神经元活动在调节行为方面的重视而被忽视，由于缺乏工具来实验性操控基于其功能活性的特定星形胶质细胞亚群。

基于此，2025年2月3日，Marta Navarrete研究团队在Nature neuroscience杂志发表了“Astrocyte ensembles manipulated with AstroLight tune cue-motivated behavior”揭示了使用AstroLight操控星形胶质细胞集合调节线索动机行为。

在此，作者使用一种能够将星形胶质细胞活性介导的钙信号转化为依赖光的基因表达工具（AstroLight是一种创新的工具，专门设计用于标记和操控特定活性星形胶质细胞集合。它通过将星形胶质细胞活动介导的钙信号转化为依赖光的基因表达，从而实现对这些细胞的功能性研究），识别出了与伏隔核（NAc）中的线索动机行为相关的活跃星形胶质细胞集合——指的是协同工作的活跃星形胶质细胞。NAc是奖励系统中的一个中心枢纽，作者将与行为相关的星形胶质细胞集合活动定位到了NAc的腹侧和后部区域。此外还证明了通过光遗传学直接激活这一特定的星形胶质细胞集合足以恢复标记奖励行为的方向。总体而言，这些发现揭示了星形胶质细胞集合在塑造行为中的精细调节作用。

图一 AstroLight作为一种标记和操控活跃星形胶质细胞集合的工具

作者首先通过在小鼠NAc内直接使用腺相关病毒表达来表征AstroLight的具体性和功能性。体外免疫组化分析确认了AstroLight在星形胶质细胞中的特异性表达。接下来使用光纤记录在体内验证了通过光遗传学刺激内侧前额叶皮层（mPFC）传入到NAc时引发的Ca²⁺反应，同时监测Ca²⁺活动。一旦与mPFC输入相关的Ca²⁺增加，在mPFC光刺激后对注射AstroLight-AAV的小鼠施加蓝光（465 nm, 40秒）诱导ChR2-YFP在25%的AstroLight阳性星形胶质细胞中的表达。当没有mPFC刺激仅施加光照时，该比率降低。这些结果证明了AstroLight在依赖光的方式下标记特定活性星形胶质细胞亚群的有效性。星形胶质细胞的Ca²⁺信号通过诱导神经元慢内向电流（SICs），特别是由星形胶质细胞释放的谷氨酸介导的促进了星形胶质细胞与神经元之间的通信。为了探讨ChR2-YFP星形胶质细胞的光刺激是否足以在NAc神经元中诱导SICs，在急性切片中进行了膜片钳电生理记录。在存在河豚毒素（TTX）的情况下，监测了ChR2光刺激前后的神经元兴奋性传递。选择性地光刺激星形胶质细胞增加了SICs的频率以及mEPSCs的频率。这些结果证实了在ChR2刺激期间星形胶质细胞-神经元通信增强，并展示了AstroLight作为标记和刺激活跃星形胶质细胞的功能性工具。

图二 NAc中的星形胶质细胞参与了线索动机行为

作者继续使用AstroLight研究了NAc中特定星形胶质细胞集合在动机行为中的作用。NAc是整合寻求奖励、决策和空间记忆的中枢，并且它包含基于输入连接性组织起来的星形胶质细胞。动机行为涉及动物对环境线索的反应以引导输出实现触发该动机的目标，包括动物意识到其行动可获得的奖励以及获取这些奖励所需的努力成本。作者设计了一个行为任务来训练小鼠将发光二极管（LED）提示与天然奖励（10%蔗糖溶液）的可用性关联起来。在操作条件反射室内进行实验环节，在两个不同位置之间随机交替LED提示+奖励。通过测量正确指数（%）和延迟时间（秒）分别定义为小鼠首次直接访问LED开启位置的试验百分比和完成每次试验所需的平均时间，评估了训练日之间的提示-奖励动机关联。经过十天的训练期，所有小鼠的表现显著提高，并且到达奖励端口的时间减少，这些结果表明学习到的提示-奖励动机行为得到了巩固。为了评估整个训练过程中星形胶质细胞的参与情况，在一部分注射了cytoGCaMP6f的小鼠纵向进行了光纤记录。从训练的第一天开始，奖励的消耗触发了NAc星形胶质细胞中的钙响应，表明这些细胞参与了NAc相关的奖励行为。有趣的是，这种响应在训练期间逐渐增加，并且Ca²⁺动态逐渐与LED开启信号同步，反映了学习的效果。这些结果表明提示-奖励关联学习涉及到NAc中星形胶质细胞活动的积累。

图三 使用AstroLight标记的行为相关星形胶质细胞集合

作者利用了AstroLight的标记特性识别NAc中参与线索动机行为的星形胶质细胞群体，该特性将带有YFP报告基因的ChR2基因表达与细胞活动和光照联系起来。在训练的第8天，当线索动机行为已经建立时通过施加蓝光诱导星形胶质细胞中ChR2-YFP的表达。基于之前的表征，将动物群分为三组，每组对应特定的行为：一个未诱导标记的对照组；一个奖励组，针对小鼠在两个可用位置之一获得奖励时活跃的星形胶质细胞；以及一个无奖励组，在小鼠在试验间探索场地且没有LED提示时诱导标记。作者测量了NAc中表达YFP的星形胶质细胞的信号。这一分析揭示了不同的YFP/tdTom比率和分布，表明NAc内星形胶质细胞激活的空间差异。结果还发现NAc星形胶质细胞的奖励功能处理不存在。总体而言，这些结果表明环境背景会激活NAc中的星形胶质细胞活动，揭示了一个主要位于核的后部和腹侧区域的与奖励相关的星形胶质细胞集合。

总结

该研究强调了小鼠NAc中星形胶质细胞的不同功能角色。这些角色是由整合的星形胶质细胞集合驱动的，加深了对特定连接如何促进动机行为反应出现的理解。突出了这项研究对我们理解大脑中星形胶质细胞功能以及它们在行为调节中的作用的贡献。

文章来源

DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3427853/v1

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