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背側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)核（EPd）是位于梨狀皮層內(nèi)的一個(gè)皮層下區(qū)結(jié)構(gòu)，其發(fā)育來源與屏狀核相似。盡管已有研究將其與癲癇和嗅覺功能相關(guān)聯(lián)，但由于缺乏特異性的分子標(biāo)記物，EPd的連接結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上仍不清楚。

基于此，2025年6月18日，美國賓夕法尼亞大學(xué)Yongsoo Kim研究團(tuán)隊(duì)在Cell Reports雜志發(fā)表了“Brain-wide connectivity and novelty response of the dorsal endopiriform nucleus in mice”揭示了小鼠背側(cè)內(nèi)嗅皮質(zhì)核的全腦連接與新奇刺激反應(yīng)。

最近的圖譜研究表明，催產(chǎn)素受體（Oxtr）在EPd中高度富集。免疫組織化學(xué)和空間轉(zhuǎn)錄組分析進(jìn)一步證實(shí)了Oxtr在EPd中的富集表達(dá)，并揭示了其相較于屏狀核具有獨(dú)特的分子特征。對EPd-Oxtr神經(jīng)元的全腦輸入-輸出連接圖譜分析顯示，這些神經(jīng)元與大腦腹側(cè)區(qū)域之間存在廣泛的雙向連接參與調(diào)控嗅覺、內(nèi)部狀態(tài)和情緒的相關(guān)環(huán)路。此外，通過在體微型顯微鏡記錄發(fā)現(xiàn)，EPd-Oxtr神經(jīng)元在探索行為中表現(xiàn)出較高的基礎(chǔ)活動水平，而在接觸新奇刺激時(shí)其活動迅速下降。綜上所述，EPd-Oxtr神經(jīng)元能夠整合內(nèi)感受（如身體內(nèi)部狀態(tài)）與外感受（如環(huán)境信息）信號，在調(diào)節(jié)內(nèi)部狀態(tài)以及對新奇環(huán)境線索的行為適應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

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圖一 小鼠大腦中EPd的分子特征及其Oxtr富集表達(dá)

不同基因表達(dá)模式的細(xì)胞類型對于界定特定解剖結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。為了識別EPd及其鄰近區(qū)域中共有和獨(dú)特的基因表達(dá)特征，作者使用多重抗誤差熒光原位雜交（MERFISH）技術(shù)進(jìn)行了基于空間轉(zhuǎn)錄組的分析并選取了已知的細(xì)胞類型和區(qū)域特異性標(biāo)記物，例如Nr4a2（也稱為Nurr1），用于精確定位EPd、屏狀核（CLA）以及鄰近皮層區(qū)域。進(jìn)行了精確的圖像配準(zhǔn)，將Allen通用坐標(biāo)框架v.3（CCFv3）標(biāo)簽與個(gè)體腦切片對齊，并利用紋狀體和皮層層特異性標(biāo)記物輔助定位。隨后利用已知的細(xì)胞類型標(biāo)記物進(jìn)行無偏倚的基因聚類分析，識別出20個(gè)不同的細(xì)胞類型聚類。當(dāng)將這些聚類與解剖位置疊加分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)CLA和EPd分別形成了獨(dú)立的聚類：CLA主要對應(yīng)Glut_4，EPd則主要包含Glut_10和Glut_11。此外，鄰近區(qū)域如梨狀皮層（PIR）和無顆粒島葉皮層（AI）也分別聚集在不同的類別中，明顯區(qū)別于CLA和EPd。進(jìn)一步比較這四個(gè)區(qū)域的細(xì)胞類型組成發(fā)現(xiàn)，EPd中約45%為興奮性神經(jīng)元，5%為抑制性神經(jīng)元，其余50%為非神經(jīng)元細(xì)胞。作者還分析了CLA–EPd區(qū)域中差異富集的基因，發(fā)現(xiàn)Cplx3、Nxph3和Npsr1在EPd中表達(dá)更顯著，而Synpr、Gnb4和Gng2則在CLA中富集。AI和PIR的基因富集模式也不同于CLA–EPd，進(jìn)一步支持EPd具有獨(dú)特的基因表達(dá)譜。結(jié)果顯示，Oxtr主要在EPd中高表達(dá)，并且該區(qū)域也表達(dá)EPd特異性標(biāo)記物Cplx3。Oxtr和Cplx3均存在于EPd，但Oxtr更偏向外側(cè)分布，Cplx3則更多集中在內(nèi)側(cè)。進(jìn)一步分析表明，EPd中表達(dá)Oxtr的神經(jīng)元主要是谷氨酸能神經(jīng)元（vGlut1+）。通過RNA原位雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，EPd中約85%的神經(jīng)元為興奮性神經(jīng)元（表達(dá)vGlut1），15%為抑制性神經(jīng)元（表達(dá)vGAT）。其中約40%的神經(jīng)元為Oxtr陽性，而在這些Oxtr陽性神經(jīng)元中，約90%是興奮性的，10%是抑制性的，這與空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和以往研究結(jié)果一致。最后驗(yàn)證了Oxtr-Cre小鼠是否可作為轉(zhuǎn)基因工具用于選擇性標(biāo)記EPd神經(jīng)元。將病毒AAV-Syn-FLEX-GCaMP6m注射到EPd區(qū)域后，觀察到報(bào)告基因表達(dá)局限于EPd內(nèi)。為了進(jìn)一步確認(rèn)Oxtr主要表達(dá)于EPd而不在CLA，將霍亂毒素B注射到Oxtr-Venus小鼠的壓后皮層（RSP）逆行標(biāo)記CLA神經(jīng)元，結(jié)果證實(shí)CLA中幾乎不表達(dá)Oxtr-Venus。此外，CLA通常具有豐富的PV神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，而在Oxtr-Cre;Ai14小鼠中染色發(fā)現(xiàn)，由PV標(biāo)記清晰界定的CLA區(qū)域并不含有Oxtr表達(dá)的神經(jīng)元。綜上所述，Oxtr是EPd的一個(gè)特異性標(biāo)記物并選擇Oxtr-Cre小鼠作為研究EPd神經(jīng)解剖和功能組織的可靠工具。

圖二 EPd-Oxtr神經(jīng)元投射

作者利用Oxtr-Cre小鼠標(biāo)記的EPd神經(jīng)元構(gòu)建了詳細(xì)的順行投射圖譜并分析其功能意義。在EPd的不同前后區(qū)域注射了Cre依賴性腺相關(guān)病毒AAV2-CAG-Flex-eGFP，隨后使用連續(xù)雙光子斷層掃描技術(shù)對全腦進(jìn)行單細(xì)胞分辨率成像。通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法檢測投射信號，并將個(gè)體樣本配準(zhǔn)到Allen通用坐標(biāo)框架v.3。分析結(jié)果顯示，EPd-Oxtr神經(jīng)元主要向大腦腹側(cè)半部投射，尤其集中在端腦腹側(cè)區(qū)域而對間腦有少量投射，幾乎不投射至中腦和后腦。前部EPd-Oxtr神經(jīng)元更多地投射至大腦前部區(qū)域，而后部EPd-Oxtr神經(jīng)元?jiǎng)t更多地投射至大腦后部區(qū)域。主要的投射區(qū)域包括嗅覺相關(guān)區(qū)域，特別是處理揮發(fā)性氣味線索的主嗅覺通路，如主嗅球及其直接下游腦區(qū)。相比之下，處理信息素等機(jī)械性嗅覺刺激的副嗅覺通路幾乎沒有或僅有極少的投射。另一個(gè)投射顯著的區(qū)域是基底前腦，包括大細(xì)胞區(qū)、斜角帶核和內(nèi)側(cè)隔核，這些區(qū)域與注意和獎(jiǎng)賞處理有關(guān)。此外，邊緣系統(tǒng)中的多個(gè)區(qū)域也接收顯著投射，包括中央杏仁核、基底外側(cè)杏仁核、內(nèi)側(cè)杏仁核、終紋床核、下邊緣皮層和腹側(cè)下托，這些區(qū)域參與情緒行為的調(diào)控。相反，那些調(diào)控認(rèn)知行為的主要新皮層和背側(cè)海馬區(qū)域則幾乎沒有或只有極少的投射。這些輸出連接模式表明，EPd-Oxtr神經(jīng)元可能在調(diào)節(jié)嗅覺和邊緣系統(tǒng)的信息處理中發(fā)揮重要作用。

圖三 EPd-Oxtr神經(jīng)元在接觸新奇刺激時(shí)表現(xiàn)出活動水平下調(diào)

EPd是屏狀核復(fù)合體的一部分，已有研究表明其參與信息的處理。單突觸輸入數(shù)據(jù)也顯示，它接收來自顯著性網(wǎng)絡(luò)（如杏仁核和前島葉）的強(qiáng)輸入。此外，已有大量研究證實(shí)催產(chǎn)素信號通路在調(diào)節(jié)社交性和非社交性新奇刺激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。為了研究EPd-Oxtr神經(jīng)元對社交線索的神經(jīng)活動模式，在aEPd區(qū)域注射了AAV-Syn-FLEX-GCaMP6m病毒，并植入梯度折射率鏡頭與微型顯微鏡。將實(shí)驗(yàn)小鼠置于其熟悉的籠子中，并向其展示新的社交線索：一只異性陌生小鼠，同時(shí)記錄GCaMP6m信號。結(jié)果顯示，在小鼠進(jìn)行探索行為時(shí)，EPd-Oxtr神經(jīng)元的基礎(chǔ)活動水平較高，但在接觸到陌生小鼠后，神經(jīng)活動顯著下降。大約50秒后，神經(jīng)活動恢復(fù)到高水平，并在之后的無刺激階段維持這一狀態(tài)。為了進(jìn)一步確定這種活動下降是由于社交新奇性還是非社交新奇性引起的，引入了一個(gè)新物體作為刺激。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與社交新奇刺激類似，新物體的出現(xiàn)也導(dǎo)致了神經(jīng)活動的顯著下降。為了驗(yàn)證新奇刺激是否是導(dǎo)致EPd-Oxtr神經(jīng)元活動下調(diào)的原因，讓小鼠重復(fù)接觸同一只陌生小鼠或不同的陌生小鼠。當(dāng)重復(fù)接觸同一只小鼠時(shí)，原本的神經(jīng)活動下降現(xiàn)象消失；而當(dāng)接觸不同陌生小鼠時(shí)，該現(xiàn)象再次出現(xiàn)，這表明EPd活動的下調(diào)是由社交刺激的新奇性所驅(qū)動的。與重復(fù)社交刺激的結(jié)果相似，重復(fù)暴露于非社交刺激（玩具小鼠）也消除了神經(jīng)活動的下調(diào)。以上結(jié)果表明，無論是社交還是非社交性質(zhì)的新奇刺激，都會導(dǎo)致Oxtr+EPd神經(jīng)元活動的下調(diào)。

圖四 全文摘要圖

總結(jié)

已有研究表明，EPd參與識別記憶、癲癇以及高級嗅覺處理等功能。作者的在體記錄數(shù)據(jù)顯示，EPd在基礎(chǔ)探索階段表現(xiàn)出高水平的神經(jīng)活動，而在接觸新奇刺激（無論是社交還是非社交性）后，其活動持續(xù)下調(diào)。因此，研究結(jié)果提示，EPd可能在調(diào)控基礎(chǔ)探索行為中發(fā)揮作用，而當(dāng)EPd活動被抑制時(shí)，注意力相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路則被激活，以應(yīng)對新奇刺激。事實(shí)上，精神分裂癥患者的神經(jīng)影像數(shù)據(jù)也顯示，其屏狀核復(fù)合體（包括EPd）區(qū)域存在異常活動，進(jìn)一步支持了EPd在調(diào)節(jié)內(nèi)外部狀態(tài)平衡中的關(guān)鍵作用。該研究不僅揭示了EPd這一腦區(qū)在催產(chǎn)素系統(tǒng)中的重要地位，還為理解大腦如何整合感官輸入、調(diào)節(jié)內(nèi)部狀態(tài)以及應(yīng)對環(huán)境變化提供了新的神經(jīng)機(jī)制框架。它為未來探索社會行為、情緒調(diào)節(jié)及精神疾病治療開辟了新的方向。

文章來源

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115827