基于活动的厌食症增强雌性小鼠伏隔核内的谷氨酸能突触传递和神经元兴奋性

《Physiological Reports》：Activity-based anorexia enhances glutamatergic synaptic transmission and neuronal excitability within the nucleus accumbens of female mice

　　

厌食症（anorexia nervosa, AN）是一种严重的精神疾病，以持续性食物限制和常伴过度的体力活动为特征，涉及控制动机、奖励和行为持续性的神经回路功能障碍。伏隔核（nucleus accumbens, NAc）是这些回路的核心组成部分，但厌食症样状态下该区域的突触和细胞适应性仍不明确。研究人员利用基于活动的厌食症（activity-based anorexia, ABA）模型在成年雌性小鼠中，检测了NAc壳（NAc shell）的谷氨酸能传递和神经元内在特性。ABA暴露导致体重迅速下降、食物摄入减少和跑轮活动逐渐增加。对NAc壳组织的生化分析显示膜相关GluA2 AMPA受体蛋白水平升高。与该发现一致，来自中等棘神经元（medium spiny neurons, MSNs）的全细胞膜片钳记录显示自发兴奋性突触后电流（spontaneous excitatory postsynaptic currents, sEPSC）幅度增加。ABA还增强了神经元内在兴奋性，表现为对去极化电流注射的更大放电反应。总之，这些收敛的生化和电生理结果表明，ABA诱导NAc壳中等棘神经元的协调性突触后增强和内在兴奋性增加。这些适应性表明伏隔核输出持续增加，可能偏向动机回路功能，并导致厌食症样状态下的过度活动和摄食抑制，类似于其他强迫性障碍（包括物质使用障碍）中观察到的谷氨酸能可塑性。

研究人员在《Physiological Reports》上发表了这项研究，题为“基于活动的厌食症增强雌性小鼠伏隔核内的谷氨酸能突触传递和神经元兴奋性”。该研究深入探讨了基于活动的厌食症（activity-based anorexia, ABA）模型对伏隔核（nucleus accumbens, NAc）壳中神经元功能的影响。

研究背景方面，厌食症（anorexia nervosa, AN）是一种致命性精神障碍，终身患病率约1%，死亡率极高，但有效治疗手段有限，主要原因在于其神经生物学机制尚不清晰。AN患者不仅表现出严重的热量限制，近80%还伴有过度体力活动，这种矛盾行为模式提示大脑奖励系统可能失调。伏隔核（NAc）作为整合动机和享乐信号的关键枢纽，在AN和物质使用障碍（substance use disorders, SUDs）中均显示功能异常，例如药物可诱发NAc内AMPA受体（AMPA receptor, AMPAR）介导的信号和神经元兴奋性的持久改变。临床证据表明，靶向谷氨酸能系统的干预（如氯胺酮或深部脑刺激）对AN患者有益，但NAc内谷氨酸能信号如何在ABA状态下被重塑尚不明确。因此，研究人员旨在利用ABA模型揭示能量赤字和过度活动如何改变NAc壳的谷氨酸能传递和神经元兴奋性，以阐明驱动AN样行为的回路机制，并为治疗提供新靶点。

研究人员开展了什么研究呢？他们在成年雌性C57BL/6J小鼠中应用ABA范式，该范式结合食物限制和跑轮活动以模拟AN的核心特征。通过行为学测试验证模型有效性后，研究人员取NAc壳组织进行Western blot分析，检测膜相关GluA1和GluA2 AMPA受体蛋白表达。同时，采用全细胞膜片钳记录技术，分析MSNs的sEPSC幅度和频率，以及神经元的内在兴奋性（如膜电阻、时间常数、放电率等）。这些研究得出以下结论：ABA特异性诱导NAc壳MSNs的谷氨酸能突触后增强和内在兴奋性增加，这些适应性可能偏向动机回路功能，导致过度活动和摄食抑制。该研究的重要意义在于将AN相关行为解释为奖励回路内持久可塑性的表现，而非单纯的食欲异常，并强调了NAc在AN症状中的核心作用，为基于谷氨酸能系统的治疗策略提供了机制依据。

为开展研究，作者采用了几个关键技术方法。首先，使用成年雌性C57BL/6J小鼠（来源于Jackson Laboratory），建立ABA模型，包括限制食物摄入（每日2小时进食窗口）并提供跑轮。其次，进行Western blot分析，从NAc壳组织制备膜蛋白，使用特异性抗体检测GluA1和GluA2表达水平，以β-肌动蛋白（β-actin）作为上样对照。第三，采用全细胞膜片钳电生理记录，在NAc壳脑切片中记录MSNs的sEPSC（阻断GABA和NMDA受体后），并评估神经元对阶梯式电流注射的反应以分析兴奋性。所有实验均符合伦理审批（ASAF 7099），动物样本队列来源于华盛顿州立大学动物设施。

研究结果部分按原文小标题展开。首先，行为表征显示，ABA暴露导致小鼠体重迅速下降（至基线体重的80%以下）、食物摄入大幅减少，跑轮活动逐渐增加，尤其是食物预期活动（food-anticipatory activity, FAA）显著增强，证实ABA模型运作正常。其次，蛋白质表达变化分析表明，与久坐对照组（SED）相比，ABA组NAc壳膜中GluA2蛋白水平显著升高（one-way ANOVA, p<0.05），而GluA1无显著变化；单独食物限制（FR）或运动（EXE）组未见类似变化，说明ABA特异性驱动受体表达改变。第三，突触传递功能方面，全细胞记录显示ABA组MSNs的sEPSC幅度显著增加（Kolmogorov–Smirnov检验, p<0.0001），但频率无显著变化，提示突触后谷氨酸能信号增强而突触前释放未变。第四，神经元兴奋性改变表现为：ABA组MSNs膜电阻增加（Welch's t检验, p<0.001）、时间常数增加（p<0.027），对去极化电流注射的放电率增加（2-way repeated measures ANOVA, p<0.01）， rheobase降低（p<0.021），后超极化（after hyperpolarization, AHP）幅度降低（p<0.031）。第五，动作电位特性如阈值、幅度和半宽度无显著变化，表明动作电位本身属性未受影响。

讨论部分总结如下。研究人员指出，ABA范式诱导NAc shell MSNs的突触可塑性，导致反应性和sEPSC幅度增加，这些变化类似于戒断后可卡因复吸模型，提示谷氨酸能传递增强可能驱动ABA和AN中的动机状态改变。GluA2蛋白选择性增加表明持久性突触维护，而非初始可塑性（如GluA1上调），这可能反映了物种差异或时间点差异。研究强调NAc shell作为维持稳态和影响动机的核心枢纽，其信号改变可能解释AN患者摄食抑制和运动过度的症状，尤其是通过影响外侧下丘脑（lateral hypothalamus, LH）或腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）的投影。未来需进一步研究具体神经回路靶点，并验证电生理变化是否在单独条件组中也存在。

最后，翻译研究结论部分：研究人员总结道，基于活动的厌食症（ABA）增强雌性小鼠伏隔核（NAc）壳中等棘神经元（MSNs）的谷氨酸能突触传递和内在兴奋性。这些适应性包括膜相关GluA2 AMPA受体蛋白表达增加和sEPSC幅度升高，以及神经元放电率增加、 rheobase降低和AHP幅度降低。这种协调性突触后强化和兴奋性增强可能偏向伏隔核输出，从而驱动动机回路功能异常，导致厌食症样状态下的过度活动和摄食抑制。这些发现将AN相关行为与奖励回路内的持久可塑性联系起来，为基于谷氨酸能系统的治疗干预提供了新方向。