Adv Sci︱高嵘/徐广银/张立团队解码创伤后焦虑：前岛叶—眶额皮层“焦虑专线”何以在脑损伤后被长期激活？

创伤性脑损伤（ T raumatic brain injury ， TBI ） 诱 发一系列复杂的继发性神经精神后遗症，包括躯体症状、认知功能障碍及情绪 障碍 等。其中，创伤后焦虑尤为突出，显著加重患者的长期 疾病负担和不良 预后。流行病学 证据显示 ， 与一般人群相比， TBI 患者发生焦虑障碍的相对风险增加数倍 。 然而， TBI 后焦虑 的 发生 与进展所依赖 的关键神经环路及其分子机制迄今 尚未 清晰，严重制约了靶向干预策略的开发。

近日， 苏州大学附属张家港医院苏州市创伤性颅脑损伤转化医学重点实验室 高嵘 教授、 苏州大学神经科学研究所 徐广银 教授、 苏州大学附属张家港医院 神经外科 张立 团队 在 Advanced science 杂志 在线发表题为Targeting the KCNC3-Dependent anterior Insular-Lateral Orbitofrontal Cortex Glutamatergic Circuit Attenuates Post-Traumatic Anxiety的研究论文。 该研究从临床到基础、从分子、细胞到神经环路多层次整合证据，系统揭示了前岛叶 – 外侧眶额皮层（ anterior insular cortex–lateral orbitofrontal cortex, aIC–lOFC ）谷氨酸能 环路 及其关键分子 KCNC 3 在 TBI 后焦虑 样 的核心作用。

研究人员 基于功能性核磁共振（ BOLD-fMRI ）成像 发现，伴焦虑 症 的 TBI 患者在多个脑区的自发活动显著增强，其中包括 眶额皮层（ OFC ） 、 岛叶皮层（ IC ） 、 颞上回、海马旁回以及丘脑等。进一步把这些异常脑区的活动与 HAMA 焦虑评分进行相关分析后发现 ， OFC 和 IC 的活动 与创伤后焦虑程度呈显著正相关 。 以 OFC 为“种子点”做进一步功能连接分析 ， 结果显示岛叶、楔前叶、壳核、颞上回以及中央前回等多个脑区到 OFC 的功能连接显著增强。

为进一步 探究 其机制， 该 研究利用 受控 皮层撞击（ CCI ）建立了中度额叶 TBI 小鼠模型 。 结果显示 TBI 小鼠焦虑样行为 显著增加 ， 且 焦虑样行为在损伤后第 3 周开始出现，并持续至第 8 周，约 65% 的 TB I 小鼠出现显著焦虑样行为。 据此， 该研究 将 TBI 小鼠进一步分为 “ 焦虑 TBI ” 和 “ 非焦虑 TBI ” ，形成对照（ Sham ）、非焦虑 TBI 、焦虑 TBI 三个实验组，用于后续机制研究。 在此基础上， 该研究 对焦虑 样 与非焦虑 样 TBI 小鼠进行 9.4 T 的 BOLD‑fMRI 和 c-Fos 检测。 ALFF 分析发现 ， 与非焦虑 样 TBI 小鼠相比，焦虑 样 TBI 小鼠的外侧眶额皮层（ lOFC ）、前岛叶 皮层 （ aIC ）、等多个脑区活动显著增强； 在暴露于 EPM 后，焦虑 样 TBI 小鼠 lOFC 和 aIC 中 c‑Fo s 阳性神经元 显著 增多，而 Sham 和非焦虑 TBI 小鼠则无显著变化。

基于上述机制，研究团队 进一步通过钙成像、光遗传与化学遗传联合操控 。 首先， 记录 aIC Glu –lOFC Glu 通路钙信号，发现焦虑 样 TBI 小鼠 钙信号峰值和曲线下面积（ AUC ） 显著增强；随后，化学遗传抑制该通路可降低 lOFC Glu 神经元钙信号强度，提示其在焦虑相关神经活动中的重要驱动作用。行为学层面，光遗传抑制 aIC→lOFC 谷氨酸能投射可缓解焦虑 TBI 小鼠的焦虑样行为，该效应可通过再激活 lOFC Glu 被 “ 抵消 ” ；相反，在非焦虑 TBI 和 Sham 小鼠中，激活 a IC→lOFC 谷氨酸能通路即可诱发显著焦虑样行为，而抑制 lOFC Glu 可逆转这一效应。结合 iGluSnFR 记录结果显示，焦虑 样 TBI 小鼠 lOFC 谷氨酸水平显著升高。上述证据共同表明 ： aIC Glu –lOFC Glu 环路 活动增强是 TBI 后焦虑样行为的直接神经基础。

为解析 aIC–lOFC 谷氨酸能 环路 调控创伤后焦虑的分子机制，研究者对焦虑与非焦虑 TBI 小鼠的 aIC 进行了单细胞转录组分析，结果 发现 焦虑 TBI 小鼠 aIC Glu 中离子通道相关基因表达谱发生明显重塑，其中 KCNC3 显著下调 ，揭示 焦虑 样 TBI 小鼠 aIC 中 KCNC3 下调 可能参与调控小鼠焦虑 样 行为。

在焦虑 TBI 小鼠中，特异性上调 aIC Glu 中的 KCNC3 ， 显著提高 KCNC3 的 mRNA 和蛋白水平 ； 降低 aIC Glu 的内在兴奋性 以及 aIC Glu 的 钙信号 峰值和 AUC 。行为学上， KCNC3 过表达显著 缓解 焦虑 TBI 小鼠在 EPM 开放臂和 OFT 中心区的时间与移动距离，表现出明显的抗焦虑效应。进一步，当 化学遗传学激活 aIC Glu 时，在 CNO 注射后，这种因 KCNC3 上调带来的抗焦虑样行为被显著 逆转 ，再次出现开放臂回避，提示通过外源增强 aIC Glu 活动可以抵消 KCNC3 上调的抗焦虑效应。

相反，研究者在非焦虑 TBI 小鼠中，利用 shRNA 特异性敲 减 aIC Glu 中的 KCNC3 ， mRNA 和 蛋白 表达显著下降 ； aIC Glu 内在兴奋性被增强 及 钙信号峰值和 AUC 均显著升高。行为学上， KCNC3 敲 减 显著减少非焦虑 TBI 小鼠在 EPM 开放臂和 OFT 中心区的停留时间与移动距离， 诱导 非焦虑 TBI 小鼠 的 焦虑样 行为 。联合化学遗传学抑制 aIC Glu 活动后， CNO 注射能够部分逆转这一由 KCNC3 下调引发的焦虑样行为， 证明 KCNC3‑ 依赖的兴奋性增强是驱动焦虑 样行为 的关键环节。

在阐明 KCNC3 调控 aIC Glu 兴奋性及焦虑样行为的基础上，本研究进一步从 环路 层面证实 KCNC3 依赖的 aIC–lOFC 谷氨酸能 通 路是创伤后焦虑的关键效应路径。通过病毒示踪结合在体光纤钙成像与 iGluSnFR 检测，选择性操控 aIC KCNC3⁺ –lOFC 谷氨酸 环路 表明：激活该通路显著增强 lOFC Glu 钙活动并提高 EPM 刺激下的谷氨酸释放，而在非焦虑 TBI 与 Sham 小鼠中抑制该通路则降低 lOFC 谷氨酸水平。利用 vglut2‑Cre 精确锁定 aIC→lOFC 谷氨酸能投射后，定向过表达 KCNC3 可显著缓解焦虑 TBI 小鼠 的 焦虑样行为，反之在该投射中敲 减 KCNC3 则在 非焦虑 TBI 与 Sham 条件下均足以诱发和加重焦虑表型， 表明 KCNC3 通过调控 aIC→lOFC 谷氨酸能 通路 塑造焦虑相关脑网络活动，是连接 “ 离子通道 – 环路 – 行为 ” 的关键分子节点 。进一步在受体水平上，局部阻断 lOFC 的 NMDA 受体显著降低焦虑样行为及 c‑Fos 阳性细胞数，而随后化学遗传学重新激活 lOFC Glu 可逆转上述改变， 综合证明 aIC–lOFC 谷氨酸能 环路 经 NMDA 受体依赖的兴奋毒性样活动驱动并维持 TBI 相关焦虑，为以 KCNC3 谷氨酸能通路为靶点的创伤后焦虑干预提供了重要理论基础和潜 在治疗靶点。

图 . 文章 机制 总结图

本文 系统阐明了额叶损伤后 aIC–lOFC 环路 在 TBI 焦虑 样行为中 的关键作用。研究发现， TBI 患者及小鼠模型中 aIC 与 lOFC 之间的神经元活动和功能连接显著增强，由此提出 aIC–lOFC 谷氨酸能 环路 的病理性增强是 TBI 后 焦虑样行为的重要神经基础。功能研究进一步表明， aIC Glu 中 KCNC3 的特异性下调导致神经元过度激活，继而驱动 aIC–lOFC 谷氨酸能通路 活动 异常，最终促成 TBI 后焦虑 样行为 。 该工作不仅将 KCNC3 鉴定为调控 TBI 后焦虑的关键分子靶点，也将 aIC–lOFC 谷氨酸能 环路 确立为潜在的干预通路，为未来开发基于 环路 特异性、以离子通道为靶点的精准干预策略提供了理论 依据 。

苏州大学附属张家港医院 苏州市创伤性颅脑损伤转化医学重点实验室 高嵘 教授 、 苏州大学神经科学研究所 徐广银 教授与 苏州大学附属张家港医院 神经外科 张立 为共同通讯作者， 苏州大学附属张家港医院 转化医学中心 李梦鸽 、 苏州大学附属张家港医院 神经外科 钱晓波 与苏州大学附属第四医院转化医学中心 张海龙 为共同第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.76779

制版人：十一

学术合作组织

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