撰稿:雷泽_赤红甲
排版:脑声常谈
盐,是维持生命不可或缺的物质。对于陆生动物而言,身体对盐的需求催生了一种特殊的本能——盐食欲。当体内缺钠时,动物会主动寻找盐分,就连平时觉得太咸、令人避之不及的高浓度盐水,也会变得格外诱人。这种本能驱动的行为,是生命在亿万年的演化中形成的精妙调控机制。
令人惊讶的是,驱动我们“想吃盐”的神经机制,与驱动药物成瘾的机制之间,似乎存在着千丝万缕的联系。科学家发现,在缺钠的小鼠下丘脑外侧区,那些与阿片成瘾、可卡因成瘾相关的基因会异常活跃。这暗示着,大脑中原本用于感受奖赏、驱动愉悦行为的“奖赏回路”,在身体需要盐时被“征用”了,从而赋予盐分强烈的吸引力。
图片来源:PNAS
那么,大脑中具体是哪些区域在指挥这场“寻盐行动”呢?早期的研究通过电击损毁特定脑区发现,如果破坏下丘脑外侧区、腹内侧核、中央杏仁核或终纹床核,缺钠大鼠的盐摄入量就会显著下降。这些脑区如同一张精密的网络,其中中央杏仁核和终纹床核的联系尤为密切,它们不仅接收味觉信息,还深度参与情绪调控、动机行为乃至成瘾过程。这张网络的存在,将“缺盐”这个生理信号,转化为了“找盐”的行为驱动力。
在这张网络中,一类被称为“阿片”的信号分子扮演着关键角色。当科学家向中央杏仁核注射激活μ型阿片受体的药物时,大鼠会疯狂地喝下高浓度盐水;反之,如果注射阻断该受体的药物,即使在缺盐状态下,大鼠的盐摄入量也会大幅下降。我们前期的研究也证实,在缺盐的小鼠中央杏仁核中,正是那些含有脑啡肽的神经元,在盐分摄入后被激活,成为驱动盐食欲的重要节点。
图片来源:PNAS
现在,我们的目光投向了另一个关键脑区——终纹床核。研究发现,在缺钠的不同阶段(无论是刚开始缺钠、持续缺钠,还是补钠之后),终纹床核中一个叫做背内侧区的部位,都会持续出现神经元激活的标志。这提示我们,终纹床核可能是钠稳态调控中的一个关键枢纽。
图片来源:Journal of Chemical Neuroanatomy
2026年3月17日,《The Journal of Neuroscience》杂志在线刊登了墨尔本大学弗洛里神经科学与心理健康研究所Andrew J Lawrence研究组的最新重要工作,该研究提出终纹床核(BNST)内含脑啡肽的神经元在基于生理需求的盐食欲中发挥重要作用,并探究这群神经元的全脑连接图谱,为进一步探索盐食欲网络中该群神经元的上游调控与下游投射靶点奠定了基础。
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抑制终纹床核脑啡肽神经元特异性降低钠耗竭小鼠的盐摄入量
为探究终纹床核脑啡肽神经元(BNSTENK)在盐摄入中的潜在作用,本研究采用化学遗传学方法,抑制钠耗竭的pENK-Cre小鼠终纹床核脑啡肽神经元,并评估其摄食行为(图1a)。在所有小鼠中,病毒扩散主要集中于终纹床核背侧区域(图1b-e)。以病毒(hM4Di或mCherry)、药物(CNO或生理盐水)和性别(雄性或雌性)为因素进行统计分析,结果显示各处理组雌雄小鼠间0.3 M NaCl摄入量均无显著变化。因此,后续分析将合并两性数据。
分析表明,在0.3 M NaCl摄入量(2小时)上,药物与病毒之间存在显著的交互作用。表达hM4Di的小鼠在接受CNO注射时,其0.3 M NaCl溶液摄入量显著低于接受生理盐水注射时(图1f)。与携带对照mCherry病毒的小鼠接受相同剂量CNO相比,CNO注射仅对表达hM4Di的小鼠有效降低盐摄入量,而在表达mCherry病毒的小鼠中,CNO与生理盐水处理相比对盐摄入量无影响,从而排除了CNO或氯氮平的脱靶效应(图1f)。此外,不同病毒组间生理盐水注射对0.3 M NaCl溶液摄入量无影响(图1f)。图1g展示了2小时测试期间不同时间点的盐累积摄入量。
对总饮水量和食物摄入量进行分析,结果显示性别主效应及药物、病毒与性别的交互作用均不显著,故合并两性数据进行后续分析。总饮水量分析显示无显著效应(图1h)。食物摄入量分析显示病毒主效应显著,但进一步分析表明,表达hM4Di与表达mCherry的小鼠在CNO处理或生理盐水处理后均无显著变化(图1j)。饮水和食物摄入2小时测试的累积摄入时间点分别见图1i和图1k。
那么,抑制终纹床核脑啡肽神经元是否影响其它相关脑功能呢?
笔者注:盐食欲的生理意义:陆生动物在演化过程中形成了独特的“盐食欲”——一种在缺钠状态下主动寻求并摄入盐分的本能行为。这种由生理需求驱动的行为,体现了中枢神经系统对体液稳态的精细调控。当机体处于钠耗竭状态时,原本嫌恶的高浓度盐水变得具有吸引力,驱使动物摄入盐分以恢复内环境稳定。这一过程涉及终纹床核、中央杏仁核等多个脑区,以及阿片信号系统在内的复杂神经环路。
图1 抑制BNSTENK对盐摄入的特异性抑制作用
抑制终纹床核脑啡肽神经元不影响味觉偏好
为评估调控终纹床核脑啡肽神经元及CNO本身是否影响对咸、甜、苦味溶液的味觉偏好,本研究在盐充足状态下对携带hM4Di表达的终纹床核脑啡肽神经元小鼠及注射相同剂量CNO的对照mCherry小鼠进行了一系列味觉偏好实验(图2a)。三种味觉溶液的偏好度(图2c、2e、2g)以及糖精(图2f)和奎宁(图2h)测试期间的总液体摄入量在雌雄小鼠之间均无显著差异(完整统计分析结果见补充表S2)。因此,后续分析均合并两性数据。
对于0.44% NaCl溶液的偏好度,无论基线状态、生理盐水注射后还是CNO给药后,mCherry与hM4Di表达小鼠之间均无显著差异(图2c)。为清晰起见,基线偏好数据见图S1。盐溶液摄入量在不同性别之间存在差异(图2d),但总体而言,盐摄入量不受病毒类型或药物类型的影响。盐偏好测试期间的饮水量在各组间无显著差异,且与盐溶液摄入量相当。
在甜味溶液偏好方面,处理主效应呈边缘显著(图2e),但病毒主效应及处理与病毒的交互作用均不显著。混合效应模型分析显示,与饮水相比,小鼠摄入更多糖精溶液,但该效应与病毒类型或药物无关(图2f)。
最后,在盐充足状态下,奎宁溶液的偏好度在处理或病毒因素上均无显著差异(图2g)。与饮水量相比,小鼠对奎宁溶液表现出明显厌恶,但该效应与病毒类型或药物无关。
图2 抑制BNSTENK不影响味觉偏好
抑制终纹床核脑啡肽神经元不影响运动与焦虑
为进一步评估hM4Di信号作用于终纹床核脑啡肽神经元及CNO本身效应的特异性,本研究在明暗箱中检测了小鼠的运动活性及焦虑样行为。运动活性通过测量所有区域的总运动距离进行评估,而光区总运动距离、光区运动距离百分比及光区总停留时间则作为焦虑样行为的替代指标。
于BNSTENK 内表达hM4Di与mCherry的小鼠被分为两组,分别于15分钟明暗箱测试开始前30分钟腹腔注射CNO或生理盐水。以病毒(hM4Di或mCherry)、药物(CNO或生理盐水)和性别(雄性或雌性)为因素对所有数据集进行三因素方差分析。
结果显示,各组间在明暗箱总运动距离(图3a)、光区总运动距离(图3b)及光区总停留时间(图3d)上均无显著差异。光区运动距离百分比(图3c)存在性别差异,且病毒×药物×性别交互作用显著:表达hM4Di的雄性小鼠在接受CNO处理后,以及表达mCherry的雄性小鼠在接受生理盐水处理后,其光区运动距离百分比均高于相应的雌性小鼠。然而,总体而言,光区运动距离百分比不受病毒或药物处理的主效应影响,病毒与药物亦无交互作用。
尽管化学遗传学方法为解析特定神经元或通路的功能提供了重要手段,但该方法存在潜在混杂因素,如CNO向氯氮平的反向代谢及CNO本身的脱靶效应。本研究采用与既往研究相同剂量的CNO,且所有小鼠(包括mCherry对照组)均以平衡方式接受相同剂量的CNO。因此,可以确信,CNO及氯氮平(在所采用的剂量下)均未产生干扰本研究数据解释的靶向或脱靶效应,从而明确了Gi介导的终纹床核脑啡肽神经元信号传导对基于生理需求的盐食欲具有特异性调控作用。
值得注意的是,本研究未观察到致焦虑效应,这与激活dBNST中CaMKIIα细胞h4MDi介导信号所产生的结果形成对比。在前部dBNST中,CaMKIIα表达于约15%的神经元,主要分布在内囊周围、卵圆核及联合核周围。相比之下,前部BNST中表达ENK的神经元主要为GABA能神经元,而dmBNST和束间BNST中约5%的ENK细胞表现为谷氨酸能。近期单细胞图谱研究进一步提示,小鼠BNST中存在两群ENK神经元:aBNST中的GABA能神经元和pBNST中兼具GABA能与谷氨酸能特性的神经元。
为进一步验证靶向特异性,本研究进行了免疫组化染色,以评估病毒转染的BNSTENK细胞是否共表达CaMKIIα(图4)。结果显示,尽管在BNSTENK细胞附近观察到CaMKIIα表达,但二者属于不同的神经元亚群。因此,本研究主要激活了表达于BNSTENK/GABA能神经元上的h4MDi受体,该类神经元约占aBNST中所有GABA能神经元的37%。这表明,虽然h4MDi介导的信号作用于dBNST中的CaMKIIα细胞可诱发焦虑,但作用于几乎全部为GABA能的BNSTENK细胞时,至少在明暗箱测试中,对焦虑样行为或一般活动无影响。这一结果与既往研究一致,即BNST中GABA能细胞的急性Gq介导信号具有致焦虑效应,而急性Gi或Gs介导信号对该类细胞的焦虑样行为及运动活性均无影响。
那么,终纹床核脑啡肽神经元如何受其他脑区支配以及行使其功能呢
笔者注:明暗箱是行为神经科学中用于评估啮齿类动物焦虑样行为的经典实验装置。该装置由一个明箱和一个暗箱组成,两个箱体之间设有通道供动物自由穿梭。明箱通常采用高亮度照明,暗箱则保持昏暗或无光状态。啮齿类动物具有避光的天性,但同时又具有探索新奇环境的本能,二者之间的冲突可反映动物的焦虑水平。
本研究中,表达hM4Di与mCherry的小鼠在CNO或生理盐水处理后,各组间在总运动距离、光区总运动距离及光区总停留时间上均无显著差异(图3a、3b、3d)。光区运动距离百分比虽存在性别差异及交互作用(图3c),但整体不受病毒或药物处理的主效应影响。这表明,Gi介导的终纹床核脑啡肽神经元信号传导既不改变小鼠的一般运动活性,也不诱发焦虑样行为。这一结果为明确该神经通路特异性调控盐食欲而非广泛影响情绪或运动功能提供了重要依据。
图3 抑制BNSTENK不影响运动与焦虑水平
图4 BNSTENK极少与CaMKIIα共表达
终纹床核脑啡肽神经元的输入与输出
鉴于目前对终纹床核脑啡肽神经元环路的认知有限,且该神经元群体在盐食欲中发挥潜在作用,本研究旨在解析BNSTENK神经元的连接组,以识别可能调控该行为的潜在传入与传出神经元群体。首先,本研究采用基于糖蛋白缺失狂犬病毒示踪剂的逆行单突触示踪策略,评估了支配BNSTENK神经元的上游投射。
在三只pENK-Cre小鼠的BNST中验证了RVdG-mCherry与AAV5-TVA-GFP共表达的起始细胞后(图5a、b),全脑定量分析识别出主要的上游输入区域,这些输入在不同个体间因起始细胞表达模式而异,但主要来源于泛杏仁核、下丘脑和丘脑(图5c-e)。然而,由于双病毒方法获得的起始细胞群体存在差异,不同小鼠之间确实存在离散的差异。例如,3号小鼠的BNSTENK细胞显示出来自外侧膝状体腹侧的强烈输入,该区域作为视觉系统的一部分,直接支配BNST的纺锤形小细胞亚区。
在与盐食欲可能相关的环路方面,本研究观察到来自中央杏仁核、下丘脑外侧区和下丘脑腹内侧核对BNSTENK细胞的输入,同时臂旁核中亦散在分布有逆向标记细胞。为明确BNSTENK细胞的传出投射,本研究后续通过在pENK-Cre小鼠的BNST内注射pAAV-hSyn-FLEX-mGFP-SYN-mRuby,评估了全脑范围内的顺行投射。
在验证病毒于BNST内的扩散范围后(图6a,图S2),本研究通过定量分析全脑范围内GFP阳性纤维与mRuby阳性点状结构的重叠区域,作为BNSTENK神经元投射的替代指标(图6b-e,图S2)。根据荧光强度评分标准生成热力图,其中GFP(绿色)与mRuby(品红色)荧光信号最强区域以深色表示,信号最弱区域以浅色表示(图6d-e,图S3)。
在全脑范围内,杏仁核与BNST含有最高密度的ENK阳性投射纤维及点状标记。在BNST内部观察到强烈的脑啡肽能微环路,表现为极高密度的GFP与mRuby共标记。在杏仁核及泛杏仁核区域内,中央杏仁核与内侧杏仁核接受高密度投射,随后为尾侧无名质的中等强度免疫标记。下丘脑区域整体呈现中等强度的ENK阳性投射,其中下丘脑腹内侧核与未定带投射最为密集。
在脑桥水平,BNSTENK神经元对臂旁核的投射最为强烈,其中中央外侧、背内侧、外侧外侧及内侧亚区均呈现中至高密度投射(图6e)。此外,本研究亦检测到蓝斑前核的中等强度ENK阳性投射,该区域部分延伸至Barrington核及内侧臂旁核(图S4)。
在纹状体与隔区范围内,GFP阳性纤维与mRuby阳性点状结构整体呈稀疏分布,仅背内侧纹状体区域观察到相对较强的投射(图S3)。丘脑整体可见少量散在分布的GFP纤维与mRuby终扣。同样,中脑区域整体呈现低密度免疫标记纤维与点状结构,但脚桥被盖核与黑质区域显示中至高密度投射。最后,延髓区域的投射整体水平较低(图S3)。
图5 BNSTENK的输入
图6 BNSTENK的输出
本文的局限性
本篇文章十分精彩,但并非完美无瑕:
1、机制上来讲,尽管作者做了很多实验来验证BNST脑啡肽阳性神经元对盐平衡的必要性,但此类神经元可以释放脑啡肽,可以释放GABA,还可能释放其他神经肽;那么,哪类突触递质为盐平衡的核心分子,以及哪个下游的哪种受体参与其中,非常值得进一步探究。
2、逻辑上来讲,本文充分验证BNST脑啡肽阳性神经元的必要性,但未验证其驱动盐摄入的充分性。虽然hM4Di实验的重要性远超hM3Dq实验,但不代表后者不能提供信息。
3、方法学来讲,只用明暗箱检测焦虑指标,有些单薄。
4、BNST如何接受盐平衡相关内稳态的信号,有待进一步探索。
总结
钠的过度摄入与多种危害健康的状况密切相关。因此,深入理解驱动钠食欲的神经机制具有重要的科学意义与临床价值。本研究综合运用神经解剖学、转基因技术、行为学及化学遗传学等方法,在雄性与雌性pENK-Cre小鼠中探讨了终纹床核脑啡肽神经元在钠食欲调控中的作用。
研究结果表明,Gi介导的信号作用于终纹床核脑啡肽神经元可特异性调控钠耗竭状态下的盐摄入行为,而在钠充足状态下对味觉偏好无显著影响。此外,Gi介导的信号作用于该群神经元对剥夺诱导的食物摄入、水摄入及焦虑样行为均无影响。通过Cre依赖性逆行跨突触示踪及顺行腺相关病毒示踪技术,本研究揭示了终纹床核脑啡肽神经元与泛杏仁核、丘脑及下丘脑之间的神经连接。
综上所述,本研究证实终纹床核脑啡肽神经元是调控基于生理需求的盐食欲的关键组成部分,并阐明了该群神经元的广泛连接模式,为未来针对该环路的干预研究提供了重要的解剖学基础。
参考文献:
Anversa RG, Teng KS, Viden A, Ch'ng SS, Richards BK, Catsburg T, Pearl AJ, Walker LC, Perry CJ, Smith CM, Lawrence AJ. Bed nucleus of stria terminalis enkephalin neurons contribute to depletion-induced salt appetite. J Neurosci. 2026 Mar 17:e2290252026. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2290-25.2026. Epub ahead of print. PMID: 41844279.
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