Nat Commun：早年孤独为何增加成瘾风险？Zi-Jun Wang团队揭示PrL到VTA神经投射调控机制

2025年10月29日，堪萨斯大学Zi-JunWang在Nature communications发表：Prelimbic cortex to ventral tegmental area projection regulates early social isolation stress-potentiated heroin seeking in mice，揭示了PrL至VTA的投射调控小鼠早期社交隔离应激增强的海洛因觅药行为。

早年逆境会增加物质使用障碍的风险，这类障碍的特征是对药物的持续、无法控制的渴求，常常导致复吸。此前，作者报道过青春期期间的早期社交隔离（ESI）会增强小鼠对海洛因的觅药行为。然而，其潜在的神经生物学机制尚不清楚。本研究发现，ESI加剧了海洛因引起的大脑前边缘皮层（PrL）至VTA（VTA）投射神经元的功能障碍。激活PrL到VTA的神经投射能够减轻ESI增强的海洛因觅药行为并使神经元功能恢复正常。RNA测序结果显示，ESI和海洛因共同改变了调控形态发生和代谢的基因，其中Tmsb4x（胸腺素β4）是关键基因。本研究表明，ESI增强的海洛因复吸与PrL到VTA投射神经元的功能和转录改变密切相关。

图一 ESI应激在海洛因戒断期间加剧了PrL到VTA投射神经元的功能低下

作者之前的研究表明，早期社交隔离应激会增强海洛因戒断后的觅药行为，并改变PrL和VTA的神经元活动。因此首先探究了PrL到VTA投射神经元在海洛因戒断及经历早期社交隔离应激后是否出现功能异常。C57BL/6J小鼠断奶后被分为群体饲养组和持续五周的早期社交隔离组。八周龄时，两组小鼠均接受饮水自我给药训练，随后进行颈静脉插管并进行为期十天的生理盐水或海洛因自身给药训练。

结果：

无论是群体饲养还是隔离饲养的小鼠，其海洛因给药次数和有效按压次数均显著高于生理盐水组，且随着训练进行对海洛因的反应逐渐增强。两组之间在海洛因摄入量上没有显著差异，表明在所用剂量下，两组小鼠的药物摄入基础水平一致。随后，小鼠进入强制戒断期并在VTA注射逆行示踪剂CTB 488。戒断14天后，对PrL投射到VTA的神经元进行全细胞膜片钳记录。记录显示，海洛因戒断和ESI均显著降低了这些神经元的自发动作电位频率。与生理盐水组相比，海洛因戒断组的神经元放电频率更低；与群体饲养组相比，隔离组的放电频率也更低。而经历海洛因戒断的隔离小鼠神经元放电频率最低，表明两种因素共同加剧了神经元功能低下。动作电位的幅度、半宽、上升和下降时间则无显著变化。进一步研究发现，海洛因戒断或ESI单独作用并未显著改变神经元的诱发放电频率，但二者交互作用显著降低了诱发放电频率，尤其是在较高电流刺激下。兴奋性突触传递是驱动神经元放电的关键。作者检测了自发性兴奋性突触后电流，发现海洛因戒断或早期社交隔离均会降低突触电流频率，且二者共同作用时抑制效应更强。综上所述，海洛因戒断和ESI应激均可导致PrL到VTA投射神经元功能低下，且二者共同作用会加剧这一现象。这种功能低下可能与神经元内在兴奋性下降和兴奋性突触传递减弱有关。

图二 化学遗传学激活PrL到VTA的投射可减轻ESI增强的海洛因觅药行为

接下来，作者探究激活PrL到VTA的神经投射是否能减轻早期社交隔离增强的海洛因觅药行为。

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结果：

通过化学遗传学来研究大脑中PrL到VTA通路在海洛因复吸中的作用。当注射激活药物C21后，这些神经元会被选择性激活。实验发现，早期经历过ESI的小鼠比群体饲养的小鼠更容易复吸海洛因，表现出更强的觅药行为。激活PrL→VTA通路后，无论是隔离还是正常饲养的小鼠觅药行为都明显减少，而且不是因为运动能力下降。ESI并经历戒断的小鼠，其PrL→VTA神经元活动减弱、兴奋性突触传递功能下降；而C21激活能恢复神经元的放电频率和突触传递功能（包括突触电流的频率和幅度）。总之，ESI可能通过削弱PrL到VTA神经通路的功能，增加复吸风险；而化学遗传学激活这条通路，可以逆转这种神经缺陷并减少复吸行为。

图三 向PrL注射胸腺素β4（Tβ4）可减轻ESI小鼠的海洛因觅药行为

接下来，作者验证了编码胸腺素β4（Tβ4）的Tmsb4x基因在ESI增强的PrL→VTA投射神经元功能低下以及海洛因觅药行为中的作用。Tmsb4x在前额叶皮层（PPC）中高表达且细胞外Tβ4可被细胞内化以触发细胞内反应。因此，在海洛因自身给药后戒断的最后7天内，向小鼠PrL区域微量注射重组小鼠Tβ4（20 μg/mL，1 μL/半球）。

结果：

在海洛因觅药测试期间，Tβ4注射显著减轻了具有海洛因自我给药史的ESI小鼠的总主动反应和总反应次数戒断期间，Tβ4处理未影响小鼠的无效反应和运动活动。通过CTB逆行标记，发现Tβ4治疗恢复了经历海洛因戒断的ESI小鼠PrL到VTA投射神经元自发放电频率的降低。这些结果表明，ESI应激和海洛因戒断可能共同通过涉及Tβ4的机制破坏PrL到VTA投射神经元的功能，从而导致海洛因觅药行为增强。

图四 在PrL到VTA的投射神经元中敲低Mcm3和Mcm7可减轻ESI小鼠的海洛因觅药行为

Mcm3和Mcm7是微小染色体维持（MCM）蛋白复合物的组成部分，该复合物通过调控DNA复制许可来控制细胞周期，同时也参与DNA损伤与修复。然而，在终末分化的神经元中，重新进入细胞周期会导致神经元功能障碍，例如凋亡。在群体饲养小鼠中，PrL到VTA投射神经元中Mcm3和Mcm7表达水平的降低可能削弱MCM复合物功能，从而抑制DNA复制和细胞周期重启有助于减轻海洛因引起的神经元损伤。而早期社交隔离应激可能干扰了这一在海洛因戒断后本应发生的基因表达下调。为验证这一假设，作者构建了携带靶向Mcm3和Mcm7基因的sgRNA的AAV病毒载体实现CRISPR-Cas9介导的条件性敲低。总反应降低），但无效反应和运动能力未变且此前海洛因摄入量无差异，说明效果特异。电生理结果显示，基因敲低后PrL→VTA神经元的自发放电频率升高，表明其神经活性增强。综上，Mcm3和Mcm7通过抑制PrL→VTA通路功能，促进ESI小鼠的复吸倾向；而靶向该通路中的Tmsb4x及MCM复合物，可能为防治ESI导致的阿片复吸提供新思路。

综上所述，早期社交隔离应激会加剧海洛因戒断后PrL到VTA投射神经元的放电异常和兴奋性突触传递障碍。化学遗传学激活该投射通路可减轻早期社交隔离小鼠的海洛因觅药行为，而在群体饲养小鼠中抑制该通路则会增强觅药行为。此外，早期社交隔离应激与海洛因戒断共同改变了PrL到VTA投射神经元的转录谱导致神经功能紊乱，进而促进应激增强的觅药行为。这些发现揭示了早年应激导致阿片类药物成瘾易感性的神经与分子机制。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-64585-7

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