基底前脑-中脑谷氨酸能神经环路调控觉醒和防御行为

防御行为是人和动物面对威胁性刺激所做出的一系列本能反应，积极的防御行为可以减少外界危害因素对机体的潜在伤害。人和动物在遇到危险时可以快速地从睡眠中觉醒并做出相应的防御反应，这对生物的生存至关重要。防御行为高度依赖于觉醒，这提示中枢神经系统可能存在同时调控这两种行为的神经环路。之前有研究报道基底前脑 (Basal Forebrain, BF) 的谷氨酸能神经元参与了觉醒行为的调控。那么BF的谷氨酸能神经元是否也参与了防御行为的调控？是通过哪条神经通路调控防御行为？这些问题目前还没有明确的答案。

为了回答上述问题，福建医科大学蔡萍等利用光纤记录和光遗传等技术研究了BF 谷氨酸能神经元对觉醒和防御行为的调控作用，并阐明了相关的神经环路。作者首先利用光纤记录技术监测了小鼠BF谷氨酸能神经元的活性，发现嗅觉、视觉、听觉等多种环境威胁性刺激均能导致BF谷氨酸能神经元的钙信号水平显著提高，这些实验结果提示BF谷氨酸能神经元可能参与了动物对危险信号的处理。接着作者利用光遗传技术激活BF谷氨酸能神经元，并成功诱导小鼠产生一系列防御行为，如逃跑、回避和躲藏等。在此基础上，作者利用光遗传技术研究了BF谷氨酸能神经元调控防御行为的神经环路。结果显示光激活BF至中脑腹侧被盖区（Ventral tegmental area, VTA）的谷氨酸能通路会引起小鼠产生与胞体类似的防御行为。最后作者利用睡眠记录系统同步记录小鼠的脑电/肌电，观察BF-VTA谷氨酸能通路对睡眠-觉醒行为的调控作用。结果表明光遗传刺激BF-VTA谷氨酸能通路可以立即使小鼠从睡眠过度到觉醒，并维持长时间的觉醒。以上结果表明BF谷氨酸能神经元可通过BF-VTA神经通路同时调控觉醒和防御行为。相关研究成果以《A glutamatergic basal forebrain to midbrain circuit mediates wakefulness and defensive behavior》为题，发表于Neuropharmacology杂志。

该研究结果表明防御行为神经通路与觉醒行为神经通路密切相关，同一条神经通路可以同时调控觉醒行为与防御行为。BF-VTA谷氨酸能神经通路的过度活化可能与应激性失眠有关，抑制该神经通路可能是治疗应激相关精神疾病的潜在治疗方法。

文章信息：

Cai P #, Chen HY #, Tang WT#, Hu YD, Chen SY, Lu JS, Lin ZH, Huang SN, Hu LH, Su WK, Li QX, Lin ZJ, Kang TR, Yan XB, Liu PC, Chen L, Yin D, Wu SY, Li HY *, Yu CX*. A glutamatergic basal forebrain to midbrain circuit mediates wakefulness and defensive behavior. Neuropharmacology. 2022 May; 208: 108979.

作者简介：

蔡萍，福建医科大学副教授、硕士生导师。主要从事睡眠与失眠机制、防御行为等相关研究，共发表研究论文22篇，其中SCI杂志收录19篇，包括Blood, Annals of neurology, Stem cells, Stroke 等国际著名SCI杂志。主持国家自然科学基金青年项目、福建省科技厅面上项目、福建省科技厅科技创新联合资金项目与福建省卫生厅青年基金项目等多项课题。邮箱地址：caipingfjmu@163.com