科學家揭示產前酒精暴露改變中縫背核突觸NO和內源性da素信號并誘發焦慮

由產前酒精暴露（PE）引起的情緒障礙，包括焦慮和抑郁，是胎兒酒精譜系障礙（FASDs）的普遍癥狀。產前酒精暴露與幾個神經遞質系統的持續功能障礙有關，其中包括血清素（5-HT）系統，它在情緒調節和應激穩態中起著重要作用。雖然已知PE會破壞5-HT系統的發育，但它對中縫背核（DRn）5-HT神經元及其突觸輸入功能產生影響的細胞機制尚不清楚。

在此背景下，2022年10月10日，紐約州立大學藥理學和毒理學系Samir Haj-Dahmane課題組在Translational Psychiatry發文揭示產前酒精暴露改變中縫背核突觸NO和內源性dama素信號并誘發焦慮。

首先，課題組對產前酒精暴露的大鼠進行行為學測試驗證其表型，高架十字迷宮結果顯示：PE大鼠在開放臂和封閉臂中的停留時間分別減少和增加；環形迷宮（ZM）結果顯示：與對照組相比，PE大鼠進入開放象限的次數更少，且不愿進入更遠的象限。這些結果表明PE增加了成年大鼠的焦慮樣行為。

圖1|行為學測試結果及分析

DRn的5-羥色胺神經元主要聚集在dm（背側）DRn和vm（腹側）DRn，它們廣泛地投射到內側前額葉皮層（mPFC）和Z央杏仁核（CeA），并在調節焦慮樣行為中發揮關鍵作用。因此，課題組研究了PE是否改變了dmDRn和vmDRn 腦區5-HT神經元的功能。電生理結果顯示： PE大鼠中dmDRn和vmDRN 5-HT神經元自發的放電活動顯著增加，表明PE增加了成年大鼠DRn 5-HT神經元的興奮性。進一步的電生理結果顯示：DNQX和AP-5可以顯著減弱PE對5-HT神經元自發的放電活動的上調，即PE大鼠DRn 5-HT神經元活性的增加是通過DRn谷氨酸能突觸的增強來介導的。

圖2| PE大鼠中dmDRn和vmDRN 5-HT神經元自發的放電活動增加

為了直接研究PE對谷氨酸突觸的影響，課題組使用eEPSCs的配對脈沖比（PPR）和變異系數（CV）來評估谷氨酸釋放的概率。結果顯示：與對照組相比，PE顯著降低了eEPSCs的PPR和CV，從而表明DRn中谷氨酸釋放持續增強。此外，PE提高了5-HT神經元mEPSC頻率。這些結果表明，PE誘導的5-HT神經元電活動的增加，在很大程度上是由DRn中谷氨酸釋放的持續增強所介導的。

DRn谷氨酸突觸的強度受到多種信號分子的調控，包括一氧化氮（NO）和內源性dama素（eCBs）信號通路。電生理結果顯示：一氧化氮合酶抑制劑L-NAME和降低DRn中NO功能的PTIO可顯著降低PE大鼠eEPSCs的幅度；且PTIO也能降低其mEPSC的頻率和幅度。此外，在對照組大鼠給藥NO供體SNAP、NO前體L-Arg、sGC激活劑A350619、PKG激活劑8pCPT-cGMP后發現對照組大鼠DRN 5-HT神經元表現出與PE大鼠類似的電生理特性。這些結果表明NO/sGC/PKG信號通路的持續激活有助于PE誘導的DRn谷氨酸突觸增強。

圖3|L-NAME和PTIO顯著降低了PE大鼠eEPSCs的幅度

為了測試內源性dama素（eCBs）信號通路對DRn谷氨酸突觸的強度的影響，課題組使用CB1R激動劑WIN和拮抗劑AM251對大鼠DRN 5-HT神經元進行電生理記錄，結果顯示：WIN和AM251分別降低和增加了對照組大鼠eEPSCs的幅度，而對PE大鼠沒有影響，暗示其CB1R功能受損。Q-PCR結果顯示：與對照組相比，PE顯著降低大鼠了CB1R mRNA的水平。這些結果表明PE通過降低CB1R的表達削弱了eCB信號傳導。

圖4| WIN和AM251分別降低和增加了對照組大鼠eEPSCs的幅度

那么為什么L-NAME和PTIO僅對PE大鼠eEPSCs的幅度產生影響呢？進一步的電生理記錄結果顯示：在AM251存在的情況下，PTIO也顯著降低了對照組大鼠eEPSCs的幅度，而對PE大鼠eEPSCs的幅度沒有進一步的降低。此結果表明CB1R功能受損在一定程度上促進了PE大鼠DRn中NO信號通路的活動。

圖5|在AM251和PTIO降低了對照組大鼠eEPSCs的幅度

總的來說，本文主要通過電生理技術結合行為學實驗，發現PE增強了成年雄性大鼠的焦慮樣行為，并誘導了DRn 5-HT神經元的持續激活；且PE誘導的DRn 5-HT神經元的激活主要是由DRn谷氨酸突觸的增強介導的，這是由一氧化氮信號通路的激活和內源性dama素信號通路的受損而引起的。因此，本研究認為PE對NO和eCB信號的“推拉"作用，介導DRn 5-HT神經元活性的增強，從而導致FASD動物模型中觀察到的焦慮樣行為。