科学家揭示产前酒精暴露改变中缝背核突触NO和内源性da素信号并诱发焦虑

由产前酒精暴露（PE）引起的情绪障碍，包括焦虑和抑郁，是胎儿酒精谱系障碍（FASDs）的普遍症状。产前酒精暴露与几个神经递质系统的持续功能障碍有关，其中包括血清素（5-HT）系统，它在情绪调节和应激稳态中起着重要作用。虽然已知PE会破坏5-HT系统的发育，但它对中缝背核（DRn）5-HT神经元及其突触输入功能产生影响的细胞机制尚不清楚。

在此背景下，2022年10月10日，纽约州立大学药理学和毒理学系Samir Haj-Dahmane课题组在Translational Psychiatry发文揭示产前酒精暴露改变中缝背核突触NO和内源性dama素信号并诱发焦虑。

首先，课题组对产前酒精暴露的大鼠进行行为学测试验证其表型，高架十字迷宫结果显示：PE大鼠在开放臂和封闭臂中的停留时间分别减少和增加；环形迷宫（ZM）结果显示：与对照组相比，PE大鼠进入开放象限的次数更少，且不愿进入更远的象限。这些结果表明PE增加了成年大鼠的焦虑样行为。

图1|行为学测试结果及分析

DRn的5-羟色胺神经元主要聚集在dm（背侧）DRn和vm（腹侧）DRn，它们广泛地投射到内侧前额叶皮层（mPFC）和Z央杏仁核（CeA），并在调节焦虑样行为中发挥关键作用。因此，课题组研究了PE是否改变了dmDRn和vmDRn 脑区5-HT神经元的功能。电生理结果显示： PE大鼠中dmDRn和vmDRN 5-HT神经元自发的放电活动显著增加，表明PE增加了成年大鼠DRn 5-HT神经元的兴奋性。进一步的电生理结果显示：DNQX和AP-5可以显著减弱PE对5-HT神经元自发的放电活动的上调，即PE大鼠DRn 5-HT神经元活性的增加是通过DRn谷氨酸能突触的增强来介导的。

图2| PE大鼠中dmDRn和vmDRN 5-HT神经元自发的放电活动增加

为了直接研究PE对谷氨酸突触的影响，课题组使用eEPSCs的配对脉冲比（PPR）和变异系数（CV）来评估谷氨酸释放的概率。结果显示：与对照组相比，PE显著降低了eEPSCs的PPR和CV，从而表明DRn中谷氨酸释放持续增强。此外，PE提高了5-HT神经元mEPSC频率。这些结果表明，PE诱导的5-HT神经元电活动的增加，在很大程度上是由DRn中谷氨酸释放的持续增强所介导的。

DRn谷氨酸突触的强度受到多种信号分子的调控，包括一氧化氮（NO）和内源性dama素（eCBs）信号通路。电生理结果显示：一氧化氮合酶抑制剂L-NAME和降低DRn中NO功能的PTIO可显著降低PE大鼠eEPSCs的幅度；且PTIO也能降低其mEPSC的频率和幅度。此外，在对照组大鼠给药NO供体SNAP、NO前体L-Arg、sGC激活剂A350619、PKG激活剂8pCPT-cGMP后发现对照组大鼠DRN 5-HT神经元表现出与PE大鼠类似的电生理特性。这些结果表明NO/sGC/PKG信号通路的持续激活有助于PE诱导的DRn谷氨酸突触增强。

图3|L-NAME和PTIO显著降低了PE大鼠eEPSCs的幅度

为了测试内源性dama素（eCBs）信号通路对DRn谷氨酸突触的强度的影响，课题组使用CB1R激动剂WIN和拮抗剂AM251对大鼠DRN 5-HT神经元进行电生理记录，结果显示：WIN和AM251分别降低和增加了对照组大鼠eEPSCs的幅度，而对PE大鼠没有影响，暗示其CB1R功能受损。Q-PCR结果显示：与对照组相比，PE显著降低大鼠了CB1R mRNA的水平。这些结果表明PE通过降低CB1R的表达削弱了eCB信号传导。

图4| WIN和AM251分别降低和增加了对照组大鼠eEPSCs的幅度

那么为什么L-NAME和PTIO仅对PE大鼠eEPSCs的幅度产生影响呢？进一步的电生理记录结果显示：在AM251存在的情况下，PTIO也显著降低了对照组大鼠eEPSCs的幅度，而对PE大鼠eEPSCs的幅度没有进一步的降低。此结果表明CB1R功能受损在一定程度上促进了PE大鼠DRn中NO信号通路的活动。

图5|在AM251和PTIO降低了对照组大鼠eEPSCs的幅度

总的来说，本文主要通过电生理技术结合行为学实验，发现PE增强了成年雄性大鼠的焦虑样行为，并诱导了DRn 5-HT神经元的持续激活；且PE诱导的DRn 5-HT神经元的激活主要是由DRn谷氨酸突触的增强介导的，这是由一氧化氮信号通路的激活和内源性dama素信号通路的受损而引起的。因此，本研究认为PE对NO和eCB信号的“推拉"作用，介导DRn 5-HT神经元活性的增强，从而导致FASD动物模型中观察到的焦虑样行为。