缰核及其对单胺类神经递质的调控作用
顾竟生 张继川
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顾竟生 张继川,. 缰核及其对单胺类神经递质的调控作用[J]. 神经科学研究,2021.1. DOI:10.12721/ccn.2021.157348.
摘要:
缰核在情感及学习记忆的调控中起到十分重要的作用,其作为中介脑区连接了边缘系统与背侧脑干区域的信息交流,是一个在脑科学研究中值得密切关注的脑区。从解剖学可以将缰核划分为两个部分,分别为外侧缰核与内侧缰核。目前在情绪、记忆、学习能力的研究中,缰核的作用越来越多地被探索与发掘。本文主要论述缰核的解剖结构、输入及输出神经通路、中枢神经递质及其对情感与认知功能的调控作用。
关键词: 缰核;情绪;认知
DOI:10.12721/ccn.2021.157348
基金资助:

1.缰核的解剖结构

缰核(habenula,Hb)是大脑中极为细小的结构,其形状大小类似于豌豆粒[1]。在脊椎动物的大脑中,缰核被高度地保留了下来。但是神经科学家们对于缰核结构功能的研究却少之又少。缰核的名称最早源于拉丁语——habena。因为缰核的形状十分短小而细长,因此我们又称它为“小绳子”。缰核是属于上丘脑(epithalamus)的一部分, 其与松果体一起构成了上丘脑脑区[2]。缰核从生理结构方面分为两个部分,分别为外侧缰核(lateral habenula nucleus, LHb)与内侧缰核(medial habenula nucleus, MHb)。在LHb与MHb中的基因表达是存在显著差异。例如,VGLUT2是一种编码囊泡底物谷氨酸的转运蛋白,在LHb中广泛表达。在LHb中的神经元几乎都为谷氨酸能神经元。相比之下,尽管MHb中也存在一定数量的谷氨酸能神经元,但是MHb中的神经元更倾向于共同释放乙酰胆碱与神经肽P物质。

2. 缰核的输入及输出神经通路

LHb作为一个重要的信息处理中心,参与情绪及信息的调控与处理,这些功能作用都归功于接收到了来自边缘系统与基底神经节的投射[2]。在LHb所接收到的投射中最为重要,也是最为广泛的为来自于脚内核(entopeduncular nucleus,EPN)的投射。除此之外,也有来自于其他重要脑区的投射。其中包括外侧下丘脑(lateral hypothalamus,LH)及无名质(substantia innominate,Si)等多个隶属于边缘系统的脑区。这些脑区与LHb建立联系的桥梁为SM纤维束。与此同时,伏隔核(nucleus accumbens,NAc)和中央前额叶皮层(medial prefrontal cortex,mPFC)也是LHb投射的重要输入来源。作为重要的信息处理中心,LHb接收的投射类型也多种多样。

对于缰核的神经环路而言,不仅存在LHb神经通路,MHb神经通路也是必不可少的重要组成部分。相较于LHb的投射而言,MHb的投射则显得较为单一。对于MHb的投射来源而言,边缘系统中的隔核占了相当重要的比重。同时也MHb也接收来自于DBB与LPO的投射。但是相较来自于隔核的投射而言,则是少之又少。与LHb类似,MHb也存在单胺类核团的调控。来自于VTA的多巴胺能的投射和来自于LC的去甲肾上腺素能的投射都对其具有调节与管控的作用。MHb的联系与脚间核(interpeduncular nucleus,IPN)尤为密切,联系方式主要为轴突的FR纤维束投射。在MHb上部区中释放的P物质,使得β 型阿片肽受体被激活表达,再输入到IPN外侧部分建立投射。同样,在底部MHb中的乙酰胆碱也参与到表达调控,激活β 型阿片肽受体,与IPN喙部建立投射。尤为特殊的是,底侧内部区域释放的乙酰胆碱不参与β 型阿片肽受体的激活,这部分的乙酰胆碱主要和IPN中介层存在投射[2]

3. 缰核与单胺类神经递质及其调控

3.1 缰核与多巴胺

多巴胺是一种具有十分重要调节作用的单胺类神经递质[3]。缰核中主要的多巴胺能密集于外侧缰核中,其主要来源于腹侧被盖区与黑质复合体这两个脑区的投射。同时,下游的缰核对于上游脑区也存在负反馈调节。完成这一调节的主要途径为缰-脚通路调节。有研究发现,若此通路得到破坏,多巴胺能系统会损毁,使得多巴胺能调控受损。同样地,若对大鼠注射多巴胺能受体阻断剂,与正常组相比而言,实验大鼠行为方面也会出现一定程度的紊乱与损伤。主动回避行为迟缓与削弱,主要受缰核的影响。因缰核受损而导致中脑多巴胺系统调控受损。多巴胺系统的紊乱与抑郁症的产生存在着巨大联系。实验研究发现,若将抑郁症模型大鼠进行选择性脑部刺激,即LHb与VTA中相关投射的神经元进行选择性刺激干预。与对照组相比较,得到刺激组的大鼠,习得无助行为明显得到改善,与之而来的强迫游泳行为学实验结果也显示实验组大鼠在水中静止时间要少于对照组。并且我们发现在抑郁症模型中,LHb脑区的神经元代谢水平大大提高,但是VTA脑区的神经元代谢水平则出现显著降低。这正说明了LHb对于VTA存在着负反馈调节的影响[4]

3.2 缰核与五羟色胺

经研究发现,缰核中存在许多五羟色胺纤维束的轴突末端。并通过免疫组化等实验方法并发现,缰核中具有五羟色胺免疫反应的阳性胞体。众所周知,五羟色胺神经元最为富集的区域为中缝核团。这一发现表明缰核中五羟色胺的投射大概率是经缝际核团传递而来,并且缰核又与缝际核团经后屈束存在投射关系。所以缰核也是参与到中缝背核与中央上核的五羟色胺调控的重要脑区。先前实验发现,P物质是调控抑郁与情感的一种十分重要的神经激肽,并且和五羟色胺能神经元联系密切。可以与五羟色胺能神经元共表达,互相影响彼此的功能与作用。而P物质的一种受体阻断剂(SPA)可以作为一种抗抑郁的药物治疗抑郁症,但其不直接作用于DRN。若将抑郁模型大鼠在LHb进行微量注射SPA,行为学结果检测发现,经过注射后的大鼠相较之前来说,在强迫游泳实验中的静止时间明显减少,即抑郁样行为得到改善与缓解[5]。上述结果表明,SPA是通过干预LHb神经元调控,影响DRN中五羟色胺表达水平,进而改善抑郁样模型的生理活动。也同时说明LHb作为一个参与治疗抑郁模型的新方向,是值得我们多加关注的。

4. 总结与展望

缰核是大脑中体积较小却具有重要功能的核团。最早人们通过研究发现缰核与嗅觉的调控存在着密切的联系。最近越来越多的研究表明,缰核与大脑中许多脑区存在着密切的纤维联系。缰核是联系边缘系统和中脑脑干结构的重要中间枢纽。缰核对单胺类系统的调控起到了重要的作用,包括调节多巴胺、五羟色胺、去甲肾上腺素等神经元活性。缰核的纤维联系与对神经递质的调节作用,决定了其对情感与认知功能的调节。同时,也提示我们在精神疾病与抑郁症的治疗中,缰核可以作为一个新的治疗靶点,值得我们投入更多的探索与研究。在本文的论述中,我们大致概括了缰核的解剖结构、输入及输出神经通路、中枢神经递质等。但是缰核中不同细胞类型所组成的神经环路我们仍未充分了解。今后的研究工作应努力完善并明确缰核的各种输入及输出神经通路,以及确定输入源的细胞类型及不同类型细胞的功能作用。

5. 参考文献

1. 丁斐,主编.神经生物学【M】.北京;科学出版社,2007;83-94

2. 蔡文琴,主编.医学神经生物学基础【M】.西安;第四军医大学出版社,2006;83-9

3. 韩太真,主编.学习与记忆的神经生物学【M】.北京;北京医科大学联合出版社,1998;62-74

4. 罗学港,主编.神经生物学【M】.长沙;中南大学出版社,2002;46

5. 周舒,主编.五羟色胺的生理和病理生理【M】.北京;人民卫生出版社,1998;82-8

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