作者：復旦大學 Yu

尼古丁是煙草中的主要成癮性成分。尼古丁成癮主要涉及到與獎賞行為相關的皮層邊緣多巴胺系統，其通過直接激活煙堿乙酰膽堿能受體(acetylcholine

receptors , nAChR)引起強烈的獎賞效應^[1]。但多巴胺能神經元不僅與傳遞獎賞相關的信號，也傳遞與厭惡刺激相關的信號。此前曾有研究表明高劑量尼古丁攝入會產生“負面”影響^[2]，但多巴胺能神經元對不同劑量尼古丁的刺激產生不同效應的機制尚不清楚。

2021年8月14日，法國Philippe Faure課題組和Fabio Marti課題組合作在Neuron上發表了題為Nicotine inhibits the VTA-to-amygdala dopamine pathway to promote anxiety的文章，闡明了尼古丁刺激腹側被蓋區(ventral tegmental area, VTA) à 杏仁核(amygdala) 多巴胺能(Dopamine, DA)神經元引起焦慮行為的新機制^[3]。（圖1）

圖1

研究者們首先對尼古丁刺激后VTA區多巴胺能神經元的電生理特性進行了觀察，結果顯示不同于對照組出現的單峰分布，尼古丁刺激后的多巴胺能神經元放電頻率出現了雙峰分布，這是因為其中一類多巴胺能神經元在尼古丁刺激后被激活，而另一類則被抑制。而解剖學的角度也發現受抑制的神經元比激活的神經元更偏向于VTA的內側，這些證據表明尼古丁的刺激使VTA區多巴胺能神經元表現出兩種不同的亞型。（圖2）

圖2：尼古丁刺激后VTA多巴胺能神經元表現出兩種不同亞型

為了進一步研究這兩類多巴胺能神經元的特性，研究者們將關注點集中到了與多巴胺能神經元相關的神經環路。他們分別在NAc的三個亞核團：側殼(NacLSh)、內側殼(NacMSh)和核芯(core)注射逆向示蹤劑RetroBeads(RB)，并在兩周后檢測尼古丁刺激時多巴胺能神經元的活性。結果顯示投射在到NAc的多巴胺能神經元中(RB+)，有93%的多巴胺能神經元在尼古丁刺激時被激活，而只有7%的多巴胺能神經元在尼古丁刺激時被抑制。這說明大多數被尼古丁激活的多巴胺能神經元投射到了NAc腦區。（圖3）

圖 3：尼古丁激活的多巴胺能神經元多數投射到了NAc腦區

為了進一步探索尼古丁抑制的神經元投射到的腦區，研究者們運用同樣的方法用RB逆向標記了杏仁核的兩個亞核團：基底外側杏仁核(basolateral amygdala, BLA)和中央杏仁核(central amygdala, CeA)。結果表明在投射到杏仁核的多巴胺能神經元中，86%的神經元都被尼古丁刺激所抑制，只有14%的神經元被尼古丁所激活。這表明大部分被尼古丁抑制的多巴胺能神經元投射到了杏仁核（圖4）。

圖4：尼古丁激活的多巴胺能神經元多數投射到了杏仁核

研究者們利用光纖和多巴胺能傳感器實時記錄了尼古丁刺激后NAcLSh和BLA的多巴胺釋放情況。他們分別將psAAV-hSyn-GRAB注射到BLA和NAcLSh以檢測多巴胺的釋放情況，結果顯示尼古丁刺激會使NacLSh中多巴胺釋放增多，但BLA中多巴胺釋放減少(圖5)。這進一步解釋了尼古丁可以通過影響多巴胺的釋放進而影響VTA à NAc和VTA à Amg通路的激活或抑制。

圖5：尼古丁刺激改變多巴胺能神經元的多巴胺釋放

作者觀察到無論腹腔注射還是腦立體定位VTA腦區注射尼古丁后，小鼠在高架O迷宮開放臂探索的時間明顯減少，即其表現出了明顯的焦慮行為。到底是什么原因使得尼古丁刺激后小鼠表現出了焦慮的表型呢？研究者們通過光遺傳學的手段分別操縱了上文發現的兩種多巴胺能神經元亞型。研究者們分別將AAV-DIO-Jaws-eGFP(光刺激抑制神經元活性)，AAV-DIO-hCatCh-YFP(光刺激激活神經元)及AAV-DIO-YFP（對照）注射到了VTA區，并在4周后通過光遺傳學操控BLA的多巴胺能神經元并觀察其在高架O迷宮的行為。

他們發現當投射到BLA的多巴胺能神經元被抑制時，小鼠在開放臂的探索時間顯著減少（更焦慮），而當投射到BLA的多巴胺能神經元被激活時，小鼠在開放臂的探索時間則會增加（焦慮表型被緩解）（圖6）。這說明抑制投射到BLA的多巴胺能神經元在尼古丁介導的焦慮行為中起至關重要的作用。

圖6：激活杏仁核多巴胺能神經元顯著性緩解小鼠焦慮

綜上，作者揭示了尼古丁通過抑制杏仁核多巴胺能神經元導致焦慮行為背后的機制，提供了緩解尼古丁引起焦慮的潛在靶點。

總結圖：此工作證明了尼古丁刺激會激活VTAàNAc的多巴胺能神經元并抑制VTAàAmgdala的多巴胺能神經元。光遺傳學技術對這兩種途徑進行雙向操縱的結果揭示了尼古丁刺激抑制VTAàAmgdala多巴胺能神經元引起焦慮的機制。