論文上線截圖

長期應激的不良反應與神經精神疾病的發病和惡化相關，慢性應激暴露可顯著改變大腦性能，導致焦慮和抑郁等情緒癥狀。除情緒癥狀外，患者還常出現認知缺陷等其他癥狀。應激相關癥狀的多樣性對達成有效且持久的治療提出了挑戰。行為癥狀的多樣性提示，應激下的不同表型可能由獨立的神經環路元件介導。然而，目前尚不清楚不同腦區如何相互連接或這些環路如何導致特定的行為範圍。因此，明確介導不同應激相關癥狀的神經環路機製可能最終促進創新治療策略的開發。

本研究發現，小鼠基底前腦存在兩個不同的膽堿能亞群，分別投射至背側海馬（dorsal hippocampus, dHPC）和腹側海馬（ventral hippocampus, vHPC）。這些亞群在輸入組織、電生理特性、轉錄組特征以及對刺激正負效價的響應上均存在顯著差異，並分別主導認知與情緒的調控。進一步發現，慢性應激可導致小鼠焦慮水平升高及認知性能受損，同時伴隨vHPC膽堿能投射增強和dHPC投射抑製。通過化學遺傳學激活dHPC投射或抑製vHPC投射，可有效緩解應激誘導的行為異常。此外，聯合使用乙酰膽堿酯酶抑製劑多奈哌齊（donepezil）與vHPC區M1型毒蕈堿受體阻斷劑，能夠同時逆轉應激引發的上述表型。這些數據揭示了不同的隔海馬膽堿能環路在應激下獨立介導特定癥狀的機製，為基於環路靶向治療應激相關精神疾病供應了新策略。

1. MS/vDB ChAT神經元傳遞負性效價信號

作者在ChAT-ires-Cre小鼠中通過病毒表達Cre依賴的GCaMP6m鈣指示劑，並使用置於MS/vDB上方的光纖記錄荧光信號變化（圖1A）。組織學分析顯示，在鈣成像實驗中，超過90%的GCaMP6m表達細胞與MS/vDB中的ChAT陽性細胞共定位（圖1A）。

作者首先檢測了在厭惡刺激下GCaMP6m荧光強度的變化。電擊後和尾部束縛測試（TRT）中GCaMP6m信號迅速增強（圖1B、C），表明神經元對物理刺激的反應增強（圖1F、G）。隨後，通過口腔導管向小鼠灌註奎寧溶液（5 mM，10 μl/0.5 s）（圖1H），奎寧給藥顯著增強GCaMP6m荧光強度（圖1H、I）。

通過光遺傳學激活MS/vDB ChAT神經元，作者研究了其在實時位置回避（RTPA）中的作用。藍光刺激可有效激活MS/vDB ChAT神經元（圖2B）。與對照組相比，ChR2表達動物對刺激室的偏好降低（圖2C），且在刺激側運動活性增加（圖2D）。通過巴甫洛夫條件性位置厭惡實驗評估光激活誘導的長期學習關聯（圖2E）。這些結果幫助MS/vDB ChAT神經元激活編碼負性效價。

圖1. 厭惡刺激引起MS/vDB ChAT神經元活動

圖2. 激活MS/vDB ChAT神經元誘導位置回避

2. MS/vDB ChAT神經元處理並調控焦慮狀態

上述發現提示MS/vDB ChAT神經元活性增強可誘發動物的防禦反應。為探究其在自發回避行為中的作用，作者在高架十字迷宮（EPM）中記錄其活性。小鼠進入焦慮性開放臂前，MS/vDB ChAT神經元活性升高，並在探索開放臂期間持續增強（圖3A-C），表明這些神經元更傾向於編碼焦慮相關特征。

僅在開放臂探索時抑製MS/vDB ChAT神經元，可顯著延長小鼠在開放臂停留時間（圖3F），而閉合臂抑製無此效應（圖3G）。光激活MS/vDB ChAT神經元發現ChR2組小鼠開放臂探索時間和進入次數減少（圖3I-K），OFT測試中核心探索時間減少（圖3L-M）。這些結果表明，MS/vDB ChAT神經元活性可作為焦慮狀態的信號和調控因子。

圖3. MS/vDB ChAT神經元處理和調節類焦慮行為

3. MS/vDB ChAT神經元存在投射至dHPC和vHPC的獨特亞群

為了確定投射到dHPC和vHPC的MS/vDB ChAT神經元是否為同一實體或不同實體，作者將Cre誘導的、逆行運輸的病毒載體分別註射到背側CA1（dCA1）（AAVretro-Dio-EYFP）和腹側CA1（vCA1）（AAVretro-Dio-mCherry）中（圖4B）。作者觀察到投射到dCA1和vCA1區域的神經元群體有明顯的，且幾乎沒有重叠（圖4C）。

作者隨後檢查了這些不同亞群的ChAT神經元的輸出區域（圖4G）。對海馬內軸突纖維的分析顯示，投射到dCA1的MS/vDB ChAT神經元以相似的程度投射到dCA1、背側齒狀回（dDG）和dCA3，而投射到vCA1的MS/vDB ChAT神經元主要支配vCA1和vCA3（圖4H）。由於dCA1或vCA1投射的MS/vDB ChAT神經元在海馬中的靶點可以分為背側和腹側兩組，因此，投射到dCA1的MS/vDB ChAT神經元將被稱為ChATMS/vDB-dHPC神經元，投射到vCA1的MS/vDB ChAT神經元將被稱為ChATMS/vDB-vHPC神經元。

圖4. 不同亞群的MS/vDB ChAT神經元投射到dCA1和vCA1

4. MS/vDB膽堿能輸入分別調控vHPC和dHPC介導的焦慮樣行為與空間學習

作者接下來研究了來自MS/vDB到vHPC的膽堿能纖維的活動（圖5A）。組織學分析顯示，在MS/vDB中，超過90%的GCaMP6s陽性細胞與ChAT陽性細胞共定位（圖5B）。在vHPC區域上方植入了光纖（圖5C）。來自EPM的記錄數據顯示，在小鼠進入開放臂之前，MS/vDB-vHPC ChAT纖維迅速激活，並且在小鼠探索開放臂期間這些纖維表現出更高的活動性（圖5D和E）。

結果表明，在開放臂探索期間，而不是在封閉臂探索期間，選擇性抑製來自MS/vDB-vHPC的膽堿能投射，有效地減輕了EPM中的開放臂回避行為（圖5G和H）。綜上所述，這些觀察結果表明，MS/vDB對vHPC區域的膽堿能輸入通過釋放ACh調節焦慮樣行為。同樣的道理，MS/vDB-dHPC的膽堿能投射可以獨立介導焦慮樣行為和空間學習。

圖5. MS/vDB對vHPC和dHPC的膽堿能輸入分別調節類焦慮行為和空間學習

5. 慢性束縛應激誘導ChATMS/vDB-dHPC和ChATMS/vDB-vHPC神經元的電生理與轉錄適應性差異

作者研究了在病理性應激下，ChATMS/vDB-dHPC和ChATMS/vDB-vHPC神經元的活動是否發生了改變。在應激小鼠中，由去極化引起的ChATMS/vDB-vHPC神經元的放電活動顯著增加（圖6B）。並證明慢性應激損害了ChATMS/vDB-dHPC神經元的固有興奮性（圖6C和D）。總體而言，作者的電生理學發現表明，接受慢性應激的動物表現出增強的ChATMS/vDB-vHPC神經元活動和降低的ChATMS/vDB-dHPC神經元活動。慢性應激後，在ChATMS/vDB-dHPC神經元中，8個離子通道基因上調，5個離子通道基因下調。結果表明，慢性應激後電生理變化的機製可能涉及差異表達的候選離子通道基因。

圖6. ChATMS/vDB-dHPC與ChATMS/vDB-vHPC神經元對慢性束縛應激表現出差異化的電生理及轉錄適應性

6. 調控特定隔海馬膽堿能環路可逆轉應激誘導的癥狀

為了進一步研究慢性應激誘導的ChATMS/vDB-vHPC神經元的過度活躍和ChATMS/vDB-dHPC神經元的遲緩是否分別導致焦慮水平升高和認知性能障礙，作者通過化學遺傳學手段拮抗這兩條通路中的變化。化學遺傳學激活MS/vDB-dHPC膽堿能投射緩解了在Morris水迷宮（MWM）中觀察到的空間學習和記憶能力的下降（圖7C至F）。另一方面，通過hM4Di抑製MS/vDB-vHPC膽堿能投射逆轉了應激誘導的焦慮樣行為（圖7G至K）。這些數據表明，慢性應激誘導的不同隔海馬膽堿能回路的異常活動可能分別調節情緒和認知障礙。

圖7. 操縱不同的中隔-海馬膽堿能通路可以挽救由慢性壓力引起的記憶缺陷和焦慮樣行為

7. AChEIs聯合阻斷M1可改善應激小鼠的認知缺陷和焦慮樣行為

作者接下來研究了是否可以通過靶向基於回路的膽堿能信號通路來挽救應激誘導的行為缺陷。通過全細胞膜片鉗記錄檢查M1和M3受體對這兩種投射介導的突觸傳遞的作用（圖8A和C）。光誘導的ACh釋放引發了dCA1和vCA1錐體細胞中的煙堿型內向電流和毒蕈堿型內向電流（圖8B和D）。在vCA1區域，M1受體拮抗劑（M1i）而非M3受體拮抗劑（M3i）抑製了光誘導的毒蕈堿型內向電流（圖8B）。在dCA1區域，毒蕈堿型內向電流可以被M3i或M1i抑製（圖8D）。這些觀察結果表明，M1受體對於MS/vDB-vHPC膽堿能通路至關重要，而dCA1膽堿能投射的突觸後興奮性效應由M1和M3受體共同介導。

接下來，作者研究了多奈哌齊和M1i的聯合應用是否可以改善應激小鼠的認知和情緒障礙（圖8E）。在EPM測試中，作者觀察到多奈哌齊的給藥加劇了應激小鼠的焦慮狀態。然而，單獨或與多奈哌齊聯合將M1i註入vHPC區域，有效地改善了應激小鼠的焦慮樣行為（圖8F和G）。在Morris水迷宮（MWM）測試中，單獨或與M1i聯合給藥多奈哌齊改善了應激誘導的認知障礙；然而，在接受M1i註入vHPC區域的應激組中未觀察到改善（圖8H至K）。因此，這些結果表明，多奈哌齊和M1的聯合給藥可以有效地逆轉慢性應激引起的情緒和認知缺陷。

圖8. 乙酰膽堿酯酶聯合阻斷M1受體可改善應激小鼠的認知缺陷和焦慮樣行為

結論

通過靶向膽堿能信號通路，作者可以改善應激誘導的情緒和認知障礙。這些發現可能為開發針對應激相關障礙的特定回路的治療方法供應見解。此外，對膽堿能回路的侵入性調節需要進一步研究如何通過藥物靶向dHPC和vHPC中不同的ACh受體，以治療應激相關的情緒和認知缺陷。

MORRIS水迷宮

Morris水迷宮（ MWM）實驗是一種強迫實驗動物（大鼠、小鼠）遊泳，學習尋找隱藏在水中平臺的一種實驗，主要用於測試實驗動物對空間位置感和方向感（空間定位）的學習記憶能力。