時間：2019-02-11 熱度：

Natural selection and survival of the fittest.
物競天擇，適者生存。
——達(dá)爾文《物種起源》  

進(jìn)化論告訴九游會j9，所有的物種都是自然選擇的結(jié)果，哪個物種適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)，哪個物種就可長存于世。生活亦是如此，一個人要想在社會中占有一席之地，則必須適應(yīng)周圍環(huán)境。環(huán)境不會改變，改變的是九游會j9自己。

  圖片來源：文軒網(wǎng)

過去的研究表明，神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)接受很多表征外界環(huán)境腦區(qū)的投射，從而調(diào)控機(jī)體相應(yīng)運(yùn)動行為。例如：多巴胺系統(tǒng)調(diào)控脊椎動物行為激活[1]，5-羥色胺系統(tǒng)調(diào)節(jié)脊椎動物行為抑制[2]，高釋放水平的5-羥色胺引發(fā)逗留、等待行為[3]。但令人困惑的是，激活5-羥色胺系統(tǒng)會增加小鼠在強(qiáng)迫游泳范式、甩尾范式中的掙扎行為[4]，與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反。

  5-羥色胺結(jié)構(gòu)圖制成的項(xiàng)鏈 圖片來源：Nutrition Wonderland

在大腦中，5-羥色胺的主要釋放來源為背側(cè)中縫核（Dorsal raphe nucleus, DRN）中5-羥色胺能（Serotonergic, 5-HT）神經(jīng)元[5]。然而，對于DRN 5-HT神經(jīng)元是否會因外界環(huán)境不同而改變其功能模式，進(jìn)而調(diào)控運(yùn)動行為，九游會j9尚未可知。

  大腦5-羥色胺系統(tǒng) 圖片來源：Neuron[5]

2019年2月1日，《Science》雜志刊登了康奈爾大學(xué)Melissa Warden教授的最新重要工作[6]，他們發(fā)現(xiàn)小鼠面臨不同危險程度環(huán)境時，其DRN 5-HT神經(jīng)元功能隨之改變，由抑制運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)運(yùn)動。本篇文章首次揭示5-羥色胺系統(tǒng)在不同環(huán)境中調(diào)控運(yùn)動行為的環(huán)路機(jī)制，極大提高了人們對環(huán)境適應(yīng)領(lǐng)域的認(rèn)知。

  Melissa Warden教授 圖片來源：Cornell

結(jié)果

1. 中、低危環(huán)境中運(yùn)動起始抑制DRN 5-HT神經(jīng)元

首先，為在小鼠發(fā)起運(yùn)動時實(shí)時監(jiān)測DRN 5-HT神經(jīng)元活性變化，作者在Sert-Cre小鼠的DRN中注射AAV-DIO-GCaMP6s，并植入光纖。他們發(fā)現(xiàn)，在曠場實(shí)驗(yàn)中小鼠運(yùn)動起始時，其DRN 5-HT神經(jīng)元活性降低（圖1A-E）。

接著，作者在小鼠獲取水源途中設(shè)置壁壘障礙（接近范式）或障礙附加電擊（躲避范式）以使小鼠面臨低危環(huán)境或中危環(huán)境，同樣地，他們發(fā)現(xiàn)小鼠在跨越壁壘或躲避電擊時，發(fā)起運(yùn)動均會抑制DRN 5-HT神經(jīng)元（圖1F-M），表明小鼠面臨中低危環(huán)境時，運(yùn)動起始抑制DRN 5-HT神經(jīng)元。

  圖1中、低危環(huán)境中運(yùn)動起始抑制DRN 5-HT神經(jīng)元 2. 高危環(huán)境中運(yùn)動起始激活DRN 5-HT神經(jīng)元

再然后，作者引入懸尾范式以使小鼠面臨高危環(huán)境。令人意外的是，他們發(fā)現(xiàn)每當(dāng)小鼠開始掙扎時，其DRN 5-HT神經(jīng)元活性顯著升高（圖2A-D）。此外，在躲避范式中，小鼠逃離危險時其DRN 5-HT神經(jīng)元被高度激活（圖2E-F），再次驗(yàn)證上述現(xiàn)象。

綜上，當(dāng)小鼠面臨中低危環(huán)境時，運(yùn)動起始抑制DRN 5-HT神經(jīng)元；而當(dāng)小鼠面對高危環(huán)境時，運(yùn)動起始激活DRN 5-HT神經(jīng)元。

  圖2 高危環(huán)境中運(yùn)動起始激活DRN 5-HT神經(jīng)元 3. 不同環(huán)境中光激活DRN 5-HT神經(jīng)元抑制或促進(jìn)運(yùn)動起始

從上文中九游會j9得知，DRN 5-HT神經(jīng)元在不同環(huán)境中的激活水平截然相反。那么，在不同環(huán)境中人工激活DRN 5-HT神經(jīng)元，其行為學(xué)效應(yīng)是否同樣相反呢？作者就此展開研究。

他們在Sert-Cre小鼠的DRN中注射AAV-DIO-ChR2并埋植光纖，發(fā)現(xiàn)在中、低？醭》妒、接近范式、躲避范式中，光激活DRN 5-HT神經(jīng)元抑制小鼠運(yùn)動行為發(fā)起（圖3A-I）；而在高危懸尾范式中，光激活DRN 5-HT神經(jīng)元增加小鼠掙扎運(yùn)動行為（圖3J-L）。表明高危環(huán)境中，DRN 5-HT神經(jīng)元的功能由抑制運(yùn)動轉(zhuǎn)換為促進(jìn)運(yùn)動。

  圖3 不同環(huán)境中光激活DRN 5-HT神經(jīng)元抑制或促進(jìn)運(yùn)動起始 4. DRN GABA神經(jīng)元在中、高危環(huán)境中促進(jìn)運(yùn)動起始

除5-HT神經(jīng)元之外，DRN中還存在γ-氨基丁酸能（GABA）神經(jīng)元，為研究DRN GABA神經(jīng)元在運(yùn)動行為中的功能，作者在Vgat-Cre小鼠的DRN中注射AAV-DIO-GCaMP6s并植入光纖，發(fā)現(xiàn)在接近范式中小鼠跨越壁壘時DRN GABA神經(jīng)元被抑制，但在躲避范式中，小鼠跨越壁壘時DRN GABA神經(jīng)元被激活（圖4A-J），此現(xiàn)象不同于DRN 5-HT神經(jīng)元，在危險水平更低的環(huán)境中即反轉(zhuǎn)發(fā)放模式。轉(zhuǎn)輪范式與懸尾范式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣支持上述結(jié)論（圖4K-N，P-S）。

最后，為研究DRN GABA神經(jīng)元激活水平與運(yùn)動起始的因果關(guān)系，作者在Vgat-Cre小鼠的DRN中注射AAV-DIO-ChR2并植入光纖，發(fā)現(xiàn)光激活DRN GABA神經(jīng)元不影響轉(zhuǎn)輪范式與接近范式中小鼠運(yùn)動速度和穿越壁壘的時間（圖4D-E，O）；但在躲避范式與懸尾范式中，光激活DRN GABA神經(jīng)元增加小鼠運(yùn)動速度與掙扎時間（圖4I-J，T）。
以上結(jié)果表明，DRN GABA神經(jīng)元在中、高危環(huán)境中促進(jìn)運(yùn)動起始。

  圖4 DRN GABA神經(jīng)元在中、高危環(huán)境中促進(jìn)運(yùn)動起始

總結(jié)

古往今來，適者生存，不適者淘汰。世間萬物只有與它所處的環(huán)境相適應(yīng)才能立足于世。過去的研究發(fā)現(xiàn)，5-羥色胺系統(tǒng)在不同范式中表現(xiàn)不同功能，或抑制運(yùn)動，或促進(jìn)運(yùn)動，但究其神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，九游會j9知之甚少。本篇文章結(jié)合鈣成像、光遺傳、行為學(xué)等方法，發(fā)現(xiàn)中、低危環(huán)境中DRN 5-HT神經(jīng)元抑制運(yùn)動起始，高危環(huán)境中這些神經(jīng)元促進(jìn)運(yùn)動起始；此外，DRN中另一類神經(jīng)元——GABA神經(jīng)元也可在中、高危環(huán)境中促進(jìn)運(yùn)動起始。這項(xiàng)研究揭示了5-羥色胺系統(tǒng)隨不同環(huán)境改變其調(diào)控模式的環(huán)路機(jī)制。當(dāng)九游會j9面臨中、輕度危險時，5-羥色胺系統(tǒng)驅(qū)使九游會j9懸崖勒馬，及時止步；當(dāng)九游會j9面臨重度危險時，5-羥色胺系統(tǒng)驅(qū)使九游會j9迅速逃離危險，讓九游會j9更好的適應(yīng)環(huán)境！
九游會j9生物 一直關(guān)注神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重大研究進(jìn)展，為神經(jīng)生理、病理研究提供最新工具和研究方案，助力臨床轉(zhuǎn)化和基因治療！

參考文獻(xiàn)
1. Salamone, J.D., et al., Mesolimbic Dopamine and the Regulation of Motivated Behavior. Curr Top Behav Neurosci, 2016. 27: p. 231-57.
2. Correia, P.A., et al., Transient inhibition and long-term facilitation of locomotion by phasic optogenetic activation of serotonin neurons. Elife, 2017. 6.
3. Marcinkiewcz, C.A., et al., Serotonin engages an anxiety and fear-promoting circuit in the extended amygdala. Nature, 2016. 537(7618): p. 97-101.
4. Warden, M.R., et al., A prefrontal cortex-brainstem neuronal projection that controls response to behavioural challenge. Nature, 2012. 492(7429): p. 428-32.
5. Lesch, K.P. and J. Waider, Serotonin in the modulation of neural plasticity and networks: implications for neurodevelopmental disorders. Neuron, 2012. 76(1): p. 175-91.
6. Green, D.P., et al., A Mast-Cell-Specific Receptor Mediates Neurogenic Inflammation and Pain. Neuron, 2019.