《自然·神经科学》：焦虑时为何社恐？浙大二院团队破解背后神经环路！

虽说从古至今焦虑“无处不在，无时不有”，但近些年越来越“卷”的生活状态让焦虑也来得更“猛烈”了一些。

随着互联网的发展，越来越多的人借助网络生活和社交。“网生”朋友们，有没有觉得自己一旦回到现实生活就会感到焦虑，变得“社恐”？

你知道为何焦虑会导致“社恐”吗？

近日，由浙江大学医学院附属第二医院（浙大二院）李晓明领衔的研究团队，在《自然·神经科学》发表的最新研究就为这个问题提供了答案[1]。

他们利用小鼠模型证明了社交可增加大脑基底杏仁核（BA）中的5-羟色胺（5-HT）水平，而焦虑则会使该脑区的5-HT水平降低。

更为重要的是，他们发现小鼠中脑中缝背核（DRN）包含的5-HT神经元至少分为两群，分别发出投射至基底杏仁核中不同的神经元。并且，这两条不同的投射通路在调节社交回避和明亮空间回避等焦虑样行为方面，具有不同的分子机制和生物学功能。

文章首页截图

焦虑是一种让人感觉不安的情绪状态，其产生可源于可以预见的或曾经经历过的威胁，又或是未知的恐惧。

一定程度的焦虑是有利的，不但有助于人类在具有潜在危险的环境中保持适当的警惕，还能让人们做出准备和练习以提高在威胁真正降临时的应对水平。然而，当焦虑水平超过一定程度后，则会引起一系列异常的生理反应和回避性行为。

在许多动物中也可以观察到与人类类似的焦虑样行为。比如在小鼠中，致焦虑刺激可以诱发其对明亮空间的回避行为和社交回避[2]。具体表现为小鼠会在相对暗的实验区域停留更长的时间，以及与陌生同类之间更少的互动，即类似人类的“社恐”。

在哺乳动物中，5-HT是脑内参与焦虑情绪及其相关行为调节的主要神经递质系统。中缝背核中存在大量5-HT神经元，并发出投射至包括基底杏仁核在内的前脑区域[3]。

基底杏仁核中主要包含谷氨酸能锥体神经元（Pyr）和不同类型的GABA能神经元，如小清蛋白阳性γ-氨基丁酸（GABA）能中间神经元（PV），这些神经元都可接受来自中缝背核5-HT神经元的支配。

虽然已有研究表明中缝背核内的5-HT神经元可能具有不同的分群，并可对情绪刺激表现出差异性反应[4]，但是，这些不同分群的5-HT神经元是否对基底杏仁核中的不同类型神经元分别进行支配，进而导致焦虑相关的不同行为表现却还不清楚。

针对这个未解之谜，李晓明团队利用小鼠模型，设计了一系列的实验尝试寻找答案。

首先，他们利用5-HT神经递质荧光探针和行为药理学方法，发现社交和致焦虑刺激（强光）均可使小鼠中缝背核中的5-HT神经元激活。但社交刺激时小鼠基底杏仁核中的5-HT水平上升，而强光刺激时基底杏仁核中的5-HT水平却下降。

为了明确中缝背核中的5-HT神经元对基底杏仁核中的5-HT水平具有调控作用，他们利用光遗传学技术证明，激活或抑制中缝背核5-HT神经元的确可分别增加和降低基底杏仁核的5-HT水平，并进一步影响焦虑相关行为。

这就比较奇怪了，为什么社交和致焦虑刺激都可激活中缝背核中5-HT神经元，但却导致了基底杏仁核中5-HT水平的不同变化？他们推测不同的中缝背核5-HT神经元可能支配了基底杏仁核中不同的神经元亚群。

为了证明上述推测，李晓明团队利用了逆行神经环路示踪和神经元标记技术，发现中缝背核中存在两群不同特性的均阳性表达囊泡谷氨酸转运体3（vGluT3）的5-HT神经元。其中一群投射至基底杏仁核（BA）的PV神经元（BA^PV），另一群投射至基底杏仁核的Pyr神经元（BA^Pyr）。

中缝背核中的这两群5-HT神经元在电生理特征和mRNA基因表达水平方面等均存在差异。并且，面对不同的刺激时，这两群神经元的反应也具有差异。

投射至BA^PV的5-HT神经元则可被致焦虑刺激激活，而投射至BA^Pyr的5-HT神经元可被社交刺激激活，表明这两群神经元在功能上也是分离的。

投射至BA^PV和BA^Pyr的中缝背核5-HT神经元可分别被致焦虑刺激强光（左）和社交激活（右）

类似地，激活投射至BA^PV的5-HT神经元则会增加小鼠的焦虑样行为，并减少社交行为；而激活投射至BA^Pyr的5-HT神经元可促进小鼠的社交行为，但不影响焦虑样行为。

激活投射至BA^Pyr的5-HT神经元（上）小鼠社交时间增加（蓝色柱-激活组；灰色柱-对照组）；激活投射至BA^PV的5-HT神经元（下）小鼠在开放和中心场地停留时间减少（即焦虑样行为增加），社交时间减少（红色柱-激活组；灰色柱-对照组）

这些结果初步表明中缝背核（DRN）到基底杏仁核（BA）存在两条不同的神经元投射通路（即DRN^{vGluT3∩5-HT}-BA^PV和DRN^{vGluT3∩5-HT}-BA^Pyr），并对小鼠的社交和焦虑样行为存在不同的调节作用。

接下来的实验发现，当致焦虑刺激强光激活DRN^{vGluT3∩5-HT}-BA^PV通路时，突触前膜可通过释放谷氨酸激活突触后的BA^PV神经元，而被激活的BA^PV神经元会释放GABA，GABA可通过与突触前膜上的GABA受体结合从而抑制突触前膜5-HT的释放，降低基底杏仁核中5-HT的水平。

当社交刺激激活DRN^{vGluT3∩5-HT}-BA^Pyr通路时，突触前膜释放5-HT，通过5-HT1A受体（HTR1A）直接抑制基底杏仁核中HTR1A⁺的Pyr神经元，通过5-HT1B受体（HTR1B）抑制HTR1A^-的Pyr神经元谷氨酸传入。

由于HTR1A和HTR1B是5-HT的重要受体，李晓明团队进一步利用行为药理和遗传学技术，阐明了这两类受体在DRN^{vGluT3∩5-HT}-BA^Pyr投射通路中与焦虑相关行为的生物学功能。他们发现小鼠的空间回避行为由HTR1A介导，而社交回避行为则主要由HTR1B介导。

条件性敲除HTR1A对小鼠焦虑相关行为的影响（上，蓝色柱-敲除组；灰色柱-对照组）；HTR1B受体拮抗剂NAS-181对小鼠焦虑相关行为的影响（下，橘色柱-药物处理组；灰色柱-对照组）

总的来说，李晓明团队发现从中缝背核到基底杏仁核有两条不同的5-HT神经元投射通路，焦虑可激活其中的一条投射通路而减少基底杏仁核中5-HT的释放，从而通过间接影响另一条投射通路中的HTR1A和HTR1B受体，进而诱发空间回避和社交回避行为。所以焦虑会导致社交行为减少，也就是“社恐”。

中缝背核中5-HT神经元到基底杏仁核不同神经元的投射通路及对不同焦虑行为的调控

虽然科学家很早就知道5-HT在焦虑和抑郁等情绪障碍中扮演了重要角色，但其中涉及的神经传递和调控却非常复杂且尚未清楚。这项研究从神经元分群和神经投射的特异性方面丰富了对5-HT神经递质系统的认识，也为未来的相关药物开发提供了更精准的靶点。

此外，由于研究者考虑到雌性小鼠的激素和卵巢周期会影响神经元活动和焦虑相关行为，因此他们在这项研究中主要使用了雄性的小鼠。同样的实验结论是否能用于雌性动物，还需要未来进一步的研究。

参考文献：

1.XD Yu, Y Zhu, QX Sun, et al. Distinct serotonergic pathways to the amygdala underlie separate behavioral features of anxiety[J]. Nat Neurosci. 2022, 25(12):1651-1663.

2.Calhoon GG, Tye KM. Resolving the neural circuits of anxiety[J]. Nat Neurosci. 2015, 18(10):1394-404.

3.Jacobs BL, Azmitia EC. Structure and function of the brain serotonin system[J]. Physiol Rev. 1992, 72(1):165-229.

4.Okaty BW, Commons KG, Dymecki SM. Embracing diversity in the 5-HT neuronal system[J]. Nat. Rev. Neurosci. 2019, 20(7):397-424.