尼古丁除了可以刺激腹側被蓋區(ventral tegmental area, VTA)的多巴胺能(DA)神經元建立和維持強化外，還可以通過一種未知的回路引起焦慮。

法國巴黎UMR8249腦可塑性實驗室近日在Neuron上發表的一篇文章對此進行了研究。他們發現，注射尼古丁會刺激兩種的VTA DA神經元産生相反的功能反應：它激活伏隔核(NAc)的神經元，而抑制杏仁核(Amg)的神經元。進一步發現，尼古丁通過作用于VTA中含有β2亞基的乙酰膽堿受體，介導了焦慮樣的行為。

最後，作者利用光遺傳學雙向操縱VTA-NAc和VTA-Amg通路來分離它們對焦慮樣行為的作用。進而發現，VTA-Amg DA神經元的抑制介導了焦慮樣行為，而它們的激活阻止了尼古丁促焦慮效應。這些對尼古丁有相反效應的VTA-DA神經元亞群可能不同地驅動尼古丁的焦慮和強化作用。

首先，作者用單細胞電生理記錄了靜脈注射尼古丁後VTA-DA神經元的反應。急性靜脈注射尼古丁可引起DA神經元放電速率的顯著變化，并且注射鹽水的神經元放電頻率呈單峰分布，而注射尼古丁的神經元放電頻率呈雙峰分布。

經鑒定的245個DA神經元中，部分被激活(Nic ;n = 155)，而其他被尼古丁注射抑制(Nic-, n = 88)。此外，尼古丁誘導的DA神經元放電率的變化是劑量依賴性的，且在所有劑量測試中，它們保持了反應的極性(即增加或減少)。

因此，尼古丁誘發反應（即激活或抑制）可使VTA-DA神經元分離成兩個種群。但目前仍不能僅基于自發性活動的分析來預測尼古丁誘發反應。進一步進行解剖學檢測發現，受抑制的神經元比激活的神經元更位于VTA的内側。

尼古丁注射可引起不同VTA神經元群相反的反應

接下來，作者研究了這兩個亞群是否在解剖上屬于不同的多巴胺回路。作者首先将綠色逆行示蹤劑（RetroBeads，RB）注射到NAc三個亞核中：外側殼(NAcLSh)、内側殼(NAcMSh)和核（core）。之後用三标免疫熒光法确認所有記錄的神經元的DA性質(TH )、投射位置(RB 或RB-)和定位。

作者在NAc注射RB (均為殼 核)，記錄并标記了32個尼古丁激活神經元和17個尼古丁抑制神經元，在NAc投射的DA神經元中，有93%被尼古丁激活，而隻有7%被抑制。相比之下，其餘19個DA神經元沒有NAc(RB-, TH )投射過來的證據，其中79%被尼古丁注射抑制，21%被激活。

因此，NAc投射細胞中尼古丁激活神經元的比例明顯高于整個RB 和RB-神經元的預期比例。其中所有記錄的神經元再次用生物素标記，三标記免疫熒光法确認為DA。

接下來，作者用RB向小鼠Amg(BLA CeA)中進行注射，發現在Amg投射細胞中受抑制神經元的比例明顯高于整個RB 和RB−神經元的預期比例。通過對NAc-投射(n=30)和Amg-投射(n=22)神經元中尼古丁誘發的放電頻率變化的分析，發現了兩種不同的分布模式。

總之，這些結果表明，靜脈注射尼古丁激活的大部分VTA-DA神經元向NAc(核或殼)投射，而大部分受尼古丁抑制的神經元投射到Amg中。總之，這些結果證實了尼古丁在VTA區兩條不同的多巴胺通路中相反的功能反應。

被尼古丁激活或抑制的VTA神經元群分屬于兩條投射通路

3.尼古丁的焦慮作用需要VTA中含有β2亞基的nAChR

接下來作者想知道這兩個不同的DA回路是否與急性注射尼古丁後的不同行為結果有關。為了确定VTA區在急性尼古丁暴露緻焦慮中的作用，作者給小鼠急性注射生理鹽水或尼古丁，發現注射尼古丁可以減少探索開臂的時間。

将尼古丁直接輸注到VTA區，也會減少EOM(Elevated O Maze)開臂探索的時間。因為尼古丁誘發反應主要是由存在于DA和VTA GABA神經元體上的β2 nAChR介導的，所以作者評估了VTA區含β2亞基的nAChR在尼古丁誘發焦慮效應中的作用，發現對缺乏nAChR β2亞基的突變小鼠(β2−/−小鼠)VTA-DA神經元進行在體内記錄表明，尼古丁注射沒有反應。

在β2−/−Vec小鼠VTA中選擇性地慢病毒重表達β2亞基，可以整體恢複了尼古丁的反應，再次出現尼古丁誘導的DA神經元放電的增加或減少。

行為學方面，在EOM實驗中，β2−/−小鼠對尼古丁注射的焦慮作用不敏感，而在β2−/−Vec小鼠的VTA中，的慢病毒重表達β2恢複了這一作用。總之，這些結果表明，急性尼古丁注射的焦慮效應需要通過VTA中的β2 nAChR傳遞信号。

nAChRs β2亞基介導VTA-DA神經元對尼古丁注射的反應和尼古丁誘導的焦慮樣行為

4.操縱VTA-Amg-DA通路可調節基礎焦慮和尼古丁誘導焦慮，VTA-NAc-DA通路與尼古丁誘導的焦慮樣行為無關

因為尼古丁誘導的DA神經元的激活和抑制是相伴而生的，所以作者決定使用光遺傳學來獨立操縱這兩組DA神經元，方法是将視蛋白CatCh、Jaws或無視蛋白的YFP注射入DAT- Cre小鼠的BLA，以限制該區域内光遺傳刺激對DA末梢的影響。

在表達Jaws的小鼠的BLA中，光抑制DA末梢減少了EOM開臂的時間百分比，相反，與表達CatCh的小鼠的BLA中光激活DA末梢增加了EOM開臂的時間百分比。

另外作者發現，在EOM測試中，光激活BLA-DA神經元末梢消除了尼古丁注射引起的焦慮效應。而VTA-NAc-DA通路與尼古丁誘導的焦慮樣行為無關。

對投射BLA的DA神經元的抑制會導緻類似焦慮的行為

本項研究結果表明:(1)注射尼古丁後，VTA-DA神經元的激活和抑制同時出現；(2)VTA-Amg和VTA-NAc-DA通路對應于兩個解剖上和功能上截然不同的回路，它們介導了不同的行為效應，存在功能性分離:抑制Amg投射的VTA-DA神經元是焦慮性的，而激活NAcLSh投射的VTA-DA神經元是有益的。

參考文獻

Nguyen C, Mondoloni S, Le Borgne T, Centeno I, Come M, Jehl J, Solié C, Reynolds LM, Durand-de Cuttoli R, Tolu S, Valverde S, Didienne S, Hannesse B, Fiancette JF, Pons S, Maskos U, Deroche-Gamonet V, Dalkara D, Hardelin JP, Mourot A, Marti F, Faure P. Nicotine inhibits the VTA-to-amygdala dopamine pathway to promote anxiety. Neuron. 2021 Jun 30

編譯作者：Sheena(brainnews創作團隊)

校審：Simon（brainnews編輯部）

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