焦虑症是最常见的精神疾病，其患病率逐年增加，特别是在新冠疫情期间，给患者家庭和社会造成沉重负担。多巴胺（DA）是控制情绪的关键调节器，DA信号的功能障碍与包括焦虑症在内的一些精神疾病的病理生理学有关。多巴胺通过与多巴胺受体结合来调节神经元活动以协调大脑功能。多巴胺D1受体（Drd1）和D2受体（Drd2）是脑内表达的两种主要多巴胺受体。D1受体偶联Gαs激活腺苷酸环化酶（AC），增加环腺苷酸（cAMP）水平；D2受体通过偶联Gi/o抑制AC和钙通道。中脑边缘脑区腹侧被盖区（VTA）是产生DA的神经元所在的主要区域之一。前人研究显示VTA DA神经元释放的DA靶向多个中脑皮质边缘脑区以调节情绪，包括内侧前额叶皮质（mPFC）、伏隔核（NAc）和杏仁核。研究表明激活mPFC表达D1受体的锥体神经元产生快速而持久的抗抑郁和抗焦虑反应。除了调控下游脑区之外，VTA DA神经元也可以在VTA局部释放DA，然而，VTA内DA信号在调控情绪中的功能仍不清楚。

2022年10月4日，复旦大学脑科学研究院/医学神经生物学国家重点实验室肖雷研究员团队在Molecular Psychiatry发表题为“D1 receptor-expressing neurons in ventral tegmental area alleviate mouse anxiety-like behaviors via glutamatergic projection to lateral septum”研究论文，揭示腹侧被盖区（VTA）D1受体和D1神经元在焦虑样行为调控中的重要作用和神经环路机制。本文中，研究人员发现药理学激活/抑制VTA D1受体缓解/加重小鼠焦虑样行为，并且敲低VTA D1受体表达产生致焦虑效应。通过荧光原位杂交和电生理记录，发现D1受体在VTA神经元中功能性表达。沉默/激活VTA D1神经元双向调节小鼠焦虑样行为。此外，敲低VTA DA和谷氨酸神经元中的D1受体会提升焦虑样状态，但在GABA神经元中则相反。另外，作者鉴定出从VTA D1神经元到外侧隔核（LS）的谷氨酸能投射主要负责激活VTA D1神经元所诱导的抗焦虑作用。因此，本研究不仅表征了VTA神经元中D1受体的功能性表达，还揭示了VTA局部DA信号在调控焦虑样行为中的关键作用，并发现VTA-LS谷氨酸能神经环路在缓解焦虑样行为中的作用。

1.操纵VTA的D1受体双向调节小鼠焦虑样行为

研究人员首先通过套管给药的方法对雄性和雌性小鼠VTA脑区注射D1受体激动剂（A68930）和拮抗剂（SCH23390），并通过旷场实验（OFT）和高架十字迷宫实验（EPM）评估对小鼠焦虑样行为的影响。结果发现激活雄性和雌性小鼠VTA的D1受体对运动没有影响，中央区域、开放臂停留时间增加，表现出抗焦虑样效应；而抑制VTA的D1受体则诱导小鼠的焦虑样行为，表现为探索中央区域和开放臂的时间减少。此外，通过RNA干扰技术（RNAi）减少VTA的D1受体表达，qPCR结果显示VTA Drd1 mRNA表达降低至约70%。评估降低VTA神经元D1受体表达对小鼠焦虑样行为的影响，结果表示减少D1受体增加了小鼠的运动速度，并减少了中央区域和开放臂停留时间，表明同样可诱导小鼠的焦虑样行为。

图1.药理学操纵VTA D1受体双向调节小鼠焦虑样行为

2.D1受体在VTA神经元中功能性表达

除了DA神经元，VTA还含有GABA和谷氨酸神经元。前人研究表明VTA中表达D1受体的神经元（Drd1+）组成包括约48.8%的Th+神经元、约24.4%的Vgat+神经元和约43.1%的Vglut2+神经元。而VTA DA神经元能够共同释放谷氨酸和GABA，于是，作者进一步分析Drd1+、Th+神经元与谷氨酸和GABA神经元的共定位状况。通过荧光原位杂交（FISH）技术研究D1受体在VTA神经元中的表达，利用Th（酪氨酸羟化酶，洋红色）、Drd1（白色）、囊泡GABA转运蛋白-Slc32a1（标记Vgat，蓝绿色/青色）及囊泡谷氨酸转运蛋白2-Slc17a6（标记Vglut2，黄色）探针，定量分析Drd1分别与Vgat、Vglut2和Th的共定位情况。结果发现约68.1%的Drd1+、Th+神经元是Vglu2+，但很少是Vgat+（约8.7%）。

图3.VTA神经元中D1受体的功能性表达

3.激活/沉默VTA D1神经元双向调节小鼠焦虑样行为

使用光遗传学技术激活VTA的D1神经元显著增加小鼠在OFT中的中央区时间和EPM中的开放臂时间，减轻小鼠的焦虑样行为。化学遗传学技术激活VTA D1神经元显著增加小鼠在OFT的中央区时间，而化学遗传学抑制VTA D1神经元则显著减少小鼠在OFT的中央区时间。进一步通过病毒注射的方法在VTA D1神经元中表达破伤风毒素的轻链（TetTox，一种蛋白酶，能够特异降解VAMP2，抑制突触谷氨酸递质囊泡释放，中断神经电信号传递）来阻断突触传递，结果发现小鼠在OFT的中央区时间显著减少，说明VTA的D1神经元活性可调控小鼠焦虑样行为。

4.VTA的D1受体在兴奋性和抑制性神经元中的作用

光遗传学技术结合不同神经元类型的工具鼠，激活VTA的DA神经元可明显增加小鼠在OFT中的中央区时间，激活谷氨酸能神经元可显著增加小鼠在OFT中的中央区时间与EPM中的开放臂时间，二者均可缓解小鼠的焦虑样行为。使用RNAi技术减少VTA的DA和谷氨酸能神经元上的D1受体增加焦虑样行为（探索中央区与开放臂的时间减少），而减少VTA的GABA能神经元上的D1受体则可减轻焦虑样行为（中央区时间增加）。

5.VTA-LS谷氨酸能投射减轻小鼠焦虑样行为

既往研究显示VTA神经元投射到许多脑区，包括NAc、mPFC、外侧隔核（Lateral septum，LS）、基底外侧杏仁核（BLA）、腹侧海马（vHipp）以调节情绪行为。表明VTA D1神经元可能靶向这些脑区来调节焦虑样行为。光遗传激活LS轴突末梢，增加了OFT中小鼠在中央区的时间及EPM中在开放臂的时间，这些结果表明，LS是VTA D1神经元缓解焦虑样行为的潜在靶点。光遗传激活VTA D1神经元，VTA和LS脑区c-fos表达均增加，表示神经元活性都升高。结合电生理记录确认VTA的D1神经元通过释放谷氨酸激活LS脑区。
通过套管微量注射AP5和NBQX阻断LS的NMDA和AMPA受体（谷氨酸受体）后，激活VTA D1神经元对小鼠在中央区及开放臂中的时间没影响。另一方面，SCH23390抑制LS的D1受体后，光遗传激活VTA D1神经元仍然倾向于增加小鼠在中心区域的时间和EPM中开放臂的时间。这些结果综合来看，表明VTA D1神经元向LS的谷氨酸能投射负责缓解焦虑样行为。

图6.VTA D1神经元到LS的谷氨酸能投射减轻小鼠焦虑样行为

结论

本文研究人员通过荧光原位杂交技术结合电生理技术、病毒示踪技术、光遗传学和化学遗传学技术，揭示VTA谷氨酸能神经元表达的D1受体在小鼠焦虑样行为中的重要调控作用，并发现激活VTA的D1神经元到LS脑区的谷氨酸能投射改善小鼠焦虑样行为。本文不仅为VTA脑区局部DA信号与情绪相关的研究提供新的作用机制，还为焦虑障碍的临床治疗指明新的干预方向。

模式图：VTA-LS环路调节小鼠焦虑样行为的机制

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复旦大学脑科学研究院博士研究生仝秋平为第一作者，脑科学研究院/医学神经生物学国家重点实验室肖雷研究员为本论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金，上海市科技重大专项和张江实验室等的资助和支持。

肖雷，研究员，复旦大学脑科学研究院PI。研究方向：神经调质在脑功能和脑疾病中的调控作用和机制。哺乳动物的大脑包含数百万个神经元，它们通过电化学方式进行交流来维持大脑的功能。除了快速的兴奋性和抑制性神经递质以外，慢速的神经调质对脊椎动物的行为活动也很重要，且神经调质系统的紊乱会导致神经退行性疾病、神经发育障碍和精神健康障碍，包括帕金森综合症、自闭症和抑郁症等。肖雷研究员实验室的长期目标是结合多种尖端实验技术研究神经调质系统（例如催产素、加压素以及多巴胺等）的环路结构以及在生理和病理状态下的功能。

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