好書推薦！《動物行為實驗指南》電子版pdf，網盤發貨

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2025年5月14日，美國羅格斯大學Mark A. Rossi在Nature communications發表：Energy state guides reward seeking via an extended amygdala to lateral hypothalamus pathway，揭示了能量狀態通過杏仁核到下丘腦外側通路引導獎賞尋求行為。

對食物攝入的調控受損是許多健康問題的基礎，包括肥胖和2型糖尿病，但目前尚不清楚控制獎賞尋求行為的大腦系統是如何失調從而導致暴飲暴食的。下丘腦外側區（LHA）中的谷氨酸能神經元被認為在攝食行為中起到“剎車”作用，而在飲食誘導的肥胖過程中這種調控機制會失調。這些神經元接收來自杏仁核（包括終紋床核 BNST）的輸入。然而，這條通路在控制攝食行為方面的環路機制，以及它們如何導致飲食失調，目前仍不清楚。作者結合光遺傳學、活體雙光子鈣成像和電生理技術在小鼠中發現：BNST投射到LHA的神經通路（BNST→LHA）以能量狀態依賴的方式促進獎賞尋求行為。在BNST→LHA通路中的突觸強度和神經元功能會根據機體的能量狀態動態調節，從而引導獎賞尋求行為。這些發現表明，激素因素通過調節BNST→LHA通路的功能，使食物尋求行為與當前的能量需求保持一致。

圖一 刺激BNST到LHA的投射會引發能量狀態依賴的獎賞尋求行為

為了測試在食物不可立即獲得的情況下激活BNST→LHA通路是否仍會誘導尋求行為，作者在一項蔗糖攝入任務中對LHA區域內的BNST軸突進行了光遺傳學刺激。在腦片記錄中，藍光能夠誘發BNST神經元以最高達40 Hz的頻率產生動作電位。為了測試BNST→LHA的激活是否促進獎賞尋求行為，頭部固定的動物從位于其正前方的遞送口隨機獲得10%的蔗糖液滴。觀察到ChR2組小鼠在刺激期間舔舐速率（衡量蔗糖尋求行為）顯著增加，并且開始舔舐的潛伏期縮短，這種效應在eYFP對照組中未見。有趣的是，BNST→LHA刺激誘發蔗糖尋求的能力取決于小鼠的能量狀態。當小鼠自由進食時，低頻刺激下誘發的蔗糖尋求行為較弱；但在過夜禁食后，它們對低頻刺激的敏感性增強。這些結果表明禁食使小鼠對BNST→LHA刺激誘發的獎賞尋求行為更加敏感。由于已有研究表明刺激GABA能BNST投射到LHA可以在食物存在時誘發攝食行為，接下來探究如果在蔗糖可獲得時刺激BNST→LHA通路舔舐行為是否會增強。有趣的是，當刺激與蔗糖可用時間重合時，與eYFP對照組相比，自由進食的ChR2小鼠并未表現出消耗性舔舐的增加。這一結果表明，BNST→LHA刺激誘發的是目標導向的尋求行為，而在目標（即蔗糖攝入）實現后該行為消失。為了進一步驗證這一可能性，接著測試了BNST→LHA的激活是否足以促進對一種不愉快味覺物質的攝入。在試驗中，蔗糖試驗隨機穿插給予苦味物質奎寧（1.5 mM）的試驗。即使通過禁食或脫水增強了動機，BNST→LHA刺激也未能促使奎寧的攝入量超過對照水平。綜上所述，這些結果證實由BNST→LHA刺激誘發的舔舐行為是目標導向的。

圖二 禁食增強了投射到LHA的BNST神經元的興奮性和獎賞反應性

基于觀察到禁食后小鼠對BNST→LHA刺激更加敏感，作者提出假設：禁食會增加BNST→LHA神經元的興奮性，記錄了投射到LHA的BNST神經元的興奮性。在野生型小鼠的LHA中注射了一種逆行病毒逆向標記投射到LHA的神經元。大約三周后，對表達eYFP的BNST神經元進行了全細胞膜片鉗記錄。結果發現，在禁食狀態下，BNST→LHA神經元的興奮性更高。這些神經元在接受正電流注入時會產生更多的動作電位，但在過夜禁食后其基礎放電率并未發生明顯變化。為了測試BNST→LHA神經元興奮性的增強是否與獎賞尋求行為相關，接下來在體內記錄了該通路在獎賞攝入期間的活動。由于BNST→LHA通路主要是GABA能神經元，作者使用一種交叉病毒策略在這些神經元中表達了GCaMP。作者在Vgat-Cre小鼠的LHA中注射了一種可逆向運輸的表達FlpO酶的病毒并在BNST中注射了Cre和Flp雙激活的GCaMP6m病毒。隨后在BNST上方植入微型內窺鏡鏡頭從而實現對BNSTVgat→LHA神經元的光學監測。在小鼠進食和禁食狀態下記錄了它們在攝入蔗糖時的鈣信號動態變化。當小鼠自由進食時，BNSTVgat→LHA神經元在攝入蔗糖過程中幾乎無反應（54個細胞中僅有1個被激活，占2%）；然而，在過夜禁食后，許多細胞在小鼠開始攝入蔗糖時被激活（53個細胞中有12個被激活，占22%）。禁食后，鈣反應的幅度以及有反應的神經元數量都顯著增加。還追蹤了一部分神經元在進食和禁食狀態下的活動，結果顯示這些神經元在禁食狀態下對蔗糖攝入的反應更強。接下來，進一步研究這種對蔗糖獎賞反應增強的現象是否特異于禁食和蔗糖，還是BNSTVgat→LHA神經元表現出普遍的動機調節作用。結果顯示，神經元對非熱量性甜味劑糖精的反應普遍弱于蔗糖，并且它們對水獎賞的反應也具有狀態依賴性：當小鼠脫水時，對水的反應最強。綜上所述，這些結果表明BNSTVgat→LHA神經元在禁食狀態下對含有熱量的蔗糖獎賞反應更強。這種效應可能由該通路中神經元興奮性的增加所介導，并與禁食后觀察到的對BNST→LHA刺激的行為敏感性增強一致。

圖三 過度營養短暫損害BNST介導的LHAVglut2神經元的招募

作者此前已經證明，刺激LHA中的BNST軸突所引發的獎賞尋求行為在禁食狀態下增強并且這種增強與LHAVglut2神經元的抑制作用增強有關。由于已有研究顯示，LHAVglut2神經元在高脂飲食（HFD）誘導的肥胖過程中會出現功能減退，因此推測，由BNST輸入激活所引起的LHAVglut2神經元抑制會在長期攝入高脂飲食后受到干擾。在之前的成像實驗中使用的小鼠在其飼養籠中自由攝取高脂飲食三周，它們的體重迅速增加。在持續攝入高脂飲食三周后，再次對BNST→LHA通路進行刺激，并同時監測LHAVglut2神經元的鈣活動動態變化。結果顯示，在高脂飲食導致的過度營養之后，BNST→LHA刺激對LHAVglut2神經元活動的抑制效果明顯減弱。此時，禁食也無法再增強BNST→LHA刺激對LHAVglut2神經元的抑制作用。接下來，測試了高脂飲食引起的LHAVglut2神經元對BNST→LHA刺激反應性的改變是否可以通過恢復低脂飲食而逆轉。將小鼠重新放回飼養籠中，自由攝取標準低脂飼料三周，這期間它們的體重顯著下降。在恢復低脂飲食三周后，再次檢測BNST→LHA刺激對LHAVglut2神經元的抑制效果。禁食增強的LHAVglut2神經元抑制效應在恢復低脂飲食后得到了恢復。綜上所述，高脂飲食引起的過度營養會削弱BNST→LHA通路招募LHAVglut2神經元的能力，而這一能力在恢復低脂飲食環境中可以得到恢復。

圖四 Ghrelin在LHAVglut2神經元上的信號傳導對于BNST→LHA刺激誘導的獎賞尋求行為是必需的

最后，作者測試了調控饑餓與飽腹感的激素信號是否是禁食狀態下對BNST→LHA刺激敏感性增強的基礎。瘦素是一種由脂肪組織分泌的抑制食欲的激素具有降低攝食的作用；胃饑餓素則是一種由腸道分泌的促進食欲的激素，能夠誘發饑餓感。已有研究表明，瘦素和胃饑餓素都能作用于LHA，包括LHAVglut2神經元從而影響攝食行為。瘦素和胃饑餓素在體內的循環水平會根據能量狀態變化而波動，進而影響攝食行為。測試了給予瘦素和胃饑餓素受體激動劑是否會影響對照組小鼠和LHAVglut2-casp小鼠中由BNST→LHA刺激誘導的蔗糖尋求行為。在禁食小鼠中系統性給予瘦素后，BNST→LHA刺激所引發的蔗糖尋求行為在對照組和LHAVglut2-casp小鼠中都明顯減少。相反，在自由進食的小鼠中使用選擇性胃饑餓素受體（GHSR）激動劑MK0677進行處理，僅在對照組小鼠中增強了BNST→LHA誘導的蔗糖尋求行為，而在LHAVglut2-casp小鼠中沒有這種效應。在長期攝入高脂飲食后，LHAVglut2-casp小鼠體重進一步增加，此時對照組和LHAVglut2-casp小鼠都表現出對瘦素和MK0677的不敏感。這些結果表明，饑餓與飽腹激素可以重現禁食狀態下對BNST→LHA刺激誘導獎賞尋求行為的調節作用。雖然在LHAVglut2-casp小鼠中，瘦素對BNST→LHA刺激誘導的蔗糖尋求的抑制作用仍然存在，但它們對MK0677無反應。這表明，GHSR在LHAVglut2神經元上的信號傳導介導了禁食狀態下對BNST→LHA刺激的敏感性增強。此外，對照組小鼠在長期高脂飲食后不再對GHSR激動劑產生反應，這一發現提示：由于對胃饑餓素的不敏感，導致在長期攝入高脂飲食后，禁食狀態下對BNST→LHA刺激誘導的獎賞尋求行為也變得不敏感。綜上所述，BNST→LHA通路在根據當前能量需求引導獎賞尋求行為方面起著關鍵作用。在禁食狀態下，當體內可用能量儲備耗盡時，胃饑餓素水平升高、瘦素水平下降，相同的刺激會引發更強烈的反應；而在自由進食狀態下，胃饑餓素水平低、瘦素水平高，反應則較弱。這種差異依賴于LHAVglut2神經元的完整性，可能涉及BNSTVgat→LHAVglut2突觸的變化。而在能量過剩的過度營養狀態下，BNST對LHAVglut2神經元的招募能力減弱，導致其對獎賞尋求行為的調控能力受損。這很可能是因為機體對外周來源的饑餓與飽腹信號（如瘦素和胃饑餓素）產生了不敏感反應所致。

這些數據表明，BNST→LHAVglut2通路在能量狀態依賴的獎賞尋求行為調控中起著關鍵作用。這項研究深入探討了從杏仁核（涉及情緒處理）到下丘腦外側（與食欲調節密切相關）這一特定神經環路在能量狀態影響獎賞尋求行為中的作用，為理解大腦如何根據身體的能量水平調整行為提供了新的視角。幫助我們理解為何在饑餓或能量不足時，個體會表現出更強烈的尋找食物等獎賞的行為。這對于探索飲食失調、肥胖等代謝性疾病背后的機制至關重要。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-59686-2