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2025年6月6日，英國薩塞克斯大學Eisuke Koya在Neuropsychopharmacology發表：Prelimbic cortical excitatory overdrive and inhibitory underdrive accompany environmental suppression of food seeking，揭示了前邊緣皮層的興奮性過度驅動和抑制性驅動不足，伴隨著環境對覓食行為的抑制。

與食物相關的線索（例如快餐廣告）可能引發對食物的渴望，并可能導致不健康的暴飲暴食。環境豐富化即增強認知和身體刺激的環境，可以減少小鼠在提示誘發下的蔗糖覓取行為，以及前邊緣皮層中被蔗糖線索激活的神經元或“神經元集合”的招募。在這項研究中，探討了EE如何調節PL中對線索有反應的神經元群體的興奮性和活動模式。通過化學遺傳學抑制PL中的線索反應性神經元，阻斷了由線索誘發的蔗糖覓取行為，從而證實了這些神經元在蔗糖線索記憶中的功能。EE增強了那些在暴露于EE之前就對線索有反應的興奮性錐體細胞的基礎興奮性。此外，這些神經元對蔗糖線索的選擇性喪失導致它們持續激活、并對非線索刺激也產生反應，即所謂的“興奮性過度驅動”。同時，EE減少了對線索有反應的抑制性中間神經元的招募，表現出“抑制性驅動不足”。綜上所述，由于前額葉皮層同時存在興奮性“過度驅動”和抑制性“驅動不足”，導致了對食物線索的神經處理受損，這可能是EE發揮“抗渴望”作用的機制。這一發現為開發控制食物渴望的新藥物提供了潛在的神經生理學靶點。

圖一 實驗時間安排與飼養條件

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作者訓練小鼠將一個聲音線索（作為條件刺激CS）與10%的蔗糖溶液的給予建立聯系，共進行了12個訓練階段。結果顯示，訓練階段與條件刺激之間存在顯著交互作用，并且訓練階段和條件刺激的主效應也顯著。這表明，在訓練過程中，小鼠逐漸建立了線索與食物之間的聯系即形成了食物線索記憶。在消退條件下通過一次測試評估了環境豐富化對線索誘發的蔗糖覓取行為的影響。結果顯示，環境豐富化與條件刺激之間存在顯著交互作用，表明環境豐富化選擇性地減弱了由線索引發的蔗糖覓取行為。此外，也觀察到條件刺激和環境豐富化的主效應均顯著。環境豐富化顯著降低了對條件刺激的反應，但對試次間間隔（即無線索時期）的反應沒有影響，說明蔗糖覓取行為的減少并不是由于整體運動活動的抑制。一部分小鼠接受了運動活動測試。在總移動距離方面，標準飼養環境組和環境豐富化組之間沒有顯著差異。然而，環境豐富化組的小鼠在測試箱中心區域停留的時間比例顯著高于標準飼養組，這表明在曠場測試中，環境豐富化小鼠表現出較低的類似焦慮的行為。

圖二 被標記的神經元集合在由線索引發的蔗糖覓取行為中發揮了關鍵作用

PL中稀疏分布的線索反應性神經元，或稱“神經元集合”，負責建立食欲相關的“線索-獎賞”記憶并調節由線索引發的食物覓取行為。由于環境豐富化能夠減弱由線索誘發的蔗糖覓取行為，而這一行為依賴于線索與食物之間關聯的建立，因此作者探究了環境豐富化是否通過調節原本對線索有反應的PL神經元集合的興奮性和招募特性來發揮作用。首先驗證在條件刺激下，PL中是否存在一個介導蔗糖線索反應的神經元集合，從而確認小鼠是否建立了食物線索記憶。在FosTRAP2小鼠中進行了實驗，在蔗糖線索誘發行為期間，使用4-羥基他莫昔芬（4-TM）標記PL中的神經元，并通過化學遺傳學抑制這些神經元。為了驗證FosTRAP2小鼠中標記過程是否依賴于刺激和4-TM，檢測了三組FosTRAP2小鼠PL區域中表達mCherry蛋白的細胞數量。這三組小鼠分別在接受訓練后注射4-TM、在家籠環境中注射4-TM，以及在家籠環境中未注射4-TM。在訓練后接受4-TM注射的小鼠中，mCherry陽性細胞數量顯著高于對照組；而在家籠環境中注射4-TM的小鼠也比未注射的小鼠表現出更高的mCherry陽性細胞數量。這說明標記過程具有4-TM依賴性，并且在呈現食欲相關刺激時最為明顯，因為這些刺激增強了PL中Fos的表達。接下來，作者評估了那些在蔗糖線索暴露期間激活的“原始”PL神經元集合是否在由線索引發的蔗糖覓取行為中起因果作用。在兩組FosTRAP2小鼠和一組野生型小鼠的PL中注射了AAV-DIO-hM4Di-mCherry病毒。在訓練一周后，所有小鼠在進行線索誘發的蔗糖覓取測試后接受了4-TM注射，以標記被線索和新奇刺激激活的神經元集合（野生型小鼠未進行標記）。引入新奇刺激作為對照，是因為新奇刺激可以強烈激活不同于獎賞相關線索所激活的神經元集合。大約在標記后的兩周，所有小鼠都接受了CNO，該藥物本身在行為和神經層面均無顯著影響。隨后測量了沉默神經元集合對線索誘發蔗糖覓取行為的影響。被蔗糖線索標記的FosTRAP2小鼠沒有表現出明顯的線索誘發蔗糖覓取行為，而被新奇刺激標記的FosTRAP2小鼠和被蔗糖刺激標記的野生型小鼠則仍然表現出該行為。這些結果表明，PL中存在一個特定的神經元集合，在由線索引發的蔗糖覓取行為中起到了關鍵作用。

圖三 EE誘導線索反應性PL神經元集群的持續激活

作者進一步研究了環境豐富化是否會影響該神經元集合在后續線索誘發蔗糖覓取測試中的激活情況，實驗使用的是FosTRAP2:Ai14小鼠。在最后一次訓練階段一周后，FosTRAP2:Ai14小鼠在進行線索誘發蔗糖覓取行為時接受標記。隨后通過注射4-TM，其被激活的神經元被tdTomato標記。大約兩周后，一部分小鼠接受一天的環境豐富化處理，另一部分繼續維持標準飼養條件，之后所有小鼠進行蔗糖覓取測試。結果表明環境豐富化選擇性地減少了由線索引發的蔗糖覓取行為。測試結束后，作者檢測了PL區域中tdTomato標記和Fos表達的情況。結果顯示，環境豐富化組與標準飼養組之間的tdTomato標記水平沒有顯著差異。然而，環境豐富化顯著降低了線索誘發的Fos表達。接下來，評估了那些被線索標記的神經元集合在環境豐富化后是否表現出不同的再激活模式。檢測了同時表達tdTomato和Fos的細胞（tdTomato+/Fos+細胞）的數量。環境豐富化并未改變這些tdTomato+/Fos+神經元集合的再激活模式。然而，環境豐富化確實減少了不表達tdTomato但表達Fos的細胞（tdTomato–/Fos+細胞）的數量，說明它降低了未被標記的神經元集合的招募程度。為了進一步驗證這種減少是否是由于環境豐富化導致PL中基礎水平的Fos表達下降（即在給予線索之前），在另一組經過蔗糖訓練的野生型小鼠中進行了相關實驗。結果顯示，在最后一次訓練一周后，環境豐富化對基礎Fos水平沒有顯著影響。因此，環境豐富化對Fos+細胞和tdTomato–/Fos+細胞數量的降低更可能與蔗糖覓取行為的減少有關，而不是由于PL中基礎Fos表達的抑制。鑒于環境豐富化降低了PL中的Fos表達并影響了神經元集合的再激活，進一步研究了這一現象是否與PL中抑制性神經活動的減少有關。為此，作者在PL中注射了AAV-mDlx-mRuby病毒使抑制性GABA能中間神經元表達紅色熒光蛋白mRuby，并檢測這些神經元中的Fos表達。結果顯示，環境豐富化組和標準飼養組在mRuby表達水平上沒有顯著差異。然而，環境豐富化顯著降低了Fos陽性且mRuby陽性細胞的數量，以及表達Fos的mRuby陽性細胞所占的比例。僅有一小部分mRuby陽性細胞表達了Fos，在環境豐富化條件下平均為2.06%，而在標準飼養條件下為5.40%。

圖四 EE誘導線索特異性喪失，并普遍增強PL在體活動

為了揭示EE如何在抑制蔗糖覓取行為的過程中快速調節神經元活動，作者使用光纖記錄在體內記錄了PL錐體細胞的鈣活動。在訓練過程中，條件刺激（CS）期間的瞬態事件頻率（每分鐘峰值數）顯著高于試次間間隔（ITI）時期。在最后一次訓練階段（第10次），CS期間每分鐘的峰值數顯著高于ITI時期。還量化了所有檢測到峰值的幅度，結果顯示條件刺激對幅度也有顯著主效應，但不同訓練階段之間沒有顯著差異。因此，蔗糖條件反射的獲得與PL錐體細胞體內編碼模式的變化有關：線索呈現增強了鈣活動，但未影響其幅度。由于由線索誘發的蔗糖覓取行為通常伴隨著CS期間頭部進入次數的增加，進一步探究了這些時期的鈣活動是否存在差異。作者將所有小鼠以及EE和SH組在訓練不同階段（早期、中期、中后期和晚期）中與頭部進入時間鎖定的平均鈣信號軌跡分別展示出來。分析發現，在訓練中后期（第8階段）和末期（第10階段），CS期間的活動水平顯著高于ITI期間。總體而言，蔗糖條件反射的獲得與PL錐體細胞在體內的線索特異性活動密切相關。由于在CS和ITI期間未觀察到鈣活動的顯著差異，作者進一步分析了在CS和ITI期間發生的頭部進入動作所引發的神經活動是否存在差異。將ITI與CS、SH與EE條件下所有相關試驗進行了比較。結果顯示，EE組在頭部進入動作期間的整體鈣活動顯著增強。無論頭部進入發生在CS還是ITI期間，EE組的活動水平都系統性地升高。與最后一次訓練階段類似，SH組中CS期間與頭部進入相關的鈣活動顯著高于ITI期間。

綜上所述，作者的研究為理解EE如何保護個體免受食物線索影響提供了更深入的機制解釋，即同時涉及PL中興奮性和抑制性神經機制的變化。綜上所述，揭示了一種與“抗覓食”行為相關的神經機制：PL錐體細胞的過度驅動與中間神經元的驅動不足共同作用，而這些原本被食物線索激活的神經元在經歷EE后發生了功能上的改變。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41386-025-02142-y