01
研究背景
多巴胺軸突從中腦投射到腹側海馬體，尤其是腹側CA1（vCA1）和鄰近的下皮質區（vSub），這些區域的多巴胺受體（D1和D2）表達呈現出特定的拓撲結構。D1和D2受體的分佈類似於紋狀體中的中型棘狀神經元，這些神經元的分離表達對於多巴胺訊號處理和行為執行至關重要。在紋狀體和其他腦區，多巴胺訊號攜帶著動機趨近行為和獎勵學習的資訊，同時也與迴避和厭惡學習相關。因此，多巴胺通路的功能障礙與焦慮特質和障礙相關，儘管這些行為功能與腹側海馬體的活動密切相關，但對腹側海馬體網路中多巴胺調節的具體瞭解仍然有限。
本研究假設，腹側海馬體中D1或D2神經元的狀態是影響神經迴路計算的重要因素。研究發現，D1和D2神經元在腹側海馬體中表現出不同的轉錄特徵和拓撲組織，並在焦慮探索中被不同地招募，進而介導相反的趨近-迴避反應。這些結果表明，腹側海馬體中的多巴胺動態在情境不確定性下調節探索行為，暗示多巴胺感受在腹側海馬體中參與了情緒狀態的複雜計算。
02
研究發現
這篇論文研究了多巴胺D1和D2受體在小鼠腹側海馬（vHipp）中的訊號傳導如何影響在焦慮情境下的趨近和迴避行為。研究發現，D1和D2受體表達的神經元在vHipp中具有不同的轉錄特徵和拓撲分佈。在焦慮探索中，D1和D2神經元被招募，但表現出不同的行為選擇模式。D1神經元傾向於促進迴避行為，而D2神經元則促進趨近行為。多巴胺訊號透過調節這些神經元的活動來影響行為決策，特別是在焦慮情境下的探索行為中起到門控作用。
在實驗中，研究人員透過化學遺傳學和光遺傳學手段操控D1和D2神經元的活動，發現啟用D1神經元會減少小鼠在開放臂的探索時間，而啟用D2神經元則增加探索時間。相反，抑制D2神經元減少了開放臂的探索時間，表明D2神經元在趨近行為中是必要且充分的。多巴胺在焦慮探索中被釋放，並透過不同的受體途徑對D1和D2神經元產生不同的影響，進一步支援了多巴胺在調節趨近和迴避行為中的關鍵作用。
03
臨床意義
焦慮行為的神經機制： 研究揭示了海馬體中多巴胺D1和D2受體在調節焦慮相關行為中的不同作用。D1受體相關的神經元主要與迴避行為相關，而D2受體相關的神經元則與探索行為相關。理解這些機制有助於揭示焦慮症等精神疾病的神經生物學基礎。 精神疾病的潛在治療靶點： 由於多巴胺訊號通路的功能障礙與焦慮症和其他精神疾病相關，這項研究為開發靶向這些受體的新療法提供了潛在的方向。透過調節D1和D2受體的活動，可以影響患者的行為選擇，從而可能改善焦慮症狀。 個性化治療策略的開發： 研究提供的證據表明，不同的多巴胺受體在情緒和行為調控中發揮不同作用。這為根據個體的具體神經狀態定製個性化治療策略提供了依據。 藥物開發的基礎研究： 透過深入瞭解多巴胺在海馬體中的作用機制，這項研究為將來的藥物開發提供了基礎資料，特別是那些旨在調節多巴胺訊號以治療焦慮和相關障礙的藥物。 總的來說，這項研究透過揭示海馬體中多巴胺D1和D2受體在焦慮行為中的作用，為理解焦慮症的神經機制和開發新的治療策略提供了重要的科學依據。
04
實驗策略
1. 神經元分類與定位： 使用D1-Cre和D2-Cre轉基因小鼠，透過熒光報告基因標記區分D1和D2受體表達的神經元。 應用RNA熒光原位雜交（FISH）技術驗證這些神經元的基因表達特徵。 透過免疫組化方法結合顯微鏡技術，分析神經元在vHipp不同亞區的分佈及其興奮性或抑制性特徵。
2. 單核RNA測序（snRNA-seq）： 應用熒光啟用的細胞核分選（FANS）技術分離D1和D2神經元的單核。 透過單核RNA測序分析神經元的轉錄組特徵，揭示D1和D2神經元在基因表達上的差異。
3. 行為分析與鈣成像： 透過GCaMP6s鈣成像技術，觀察小鼠在高架十字迷宮（EPM）等焦慮相關任務中的神經元活動。 使用化學遺傳學（DREADD）和光遺傳學技術操控D1和D2神經元的活動，驗證其對趨避行為的影響。
4. 多巴胺釋放與受體響應： 使用光學感測器記錄vSub區域的多巴胺釋放。 透過離體切片電生理實驗，分析多巴胺對D1和D2神經元的影響。
5. 基因干預實驗： 應用AAV病毒攜帶的shRNA技術干擾Drd1或Drd2基因的表達，研究其在焦慮情境下的行為效應。
05
資料解讀
圖1：vHipp D1和D2細胞的地形圖
Figure 1 A. 為了研究vHipp區域中D1和D2細胞的分佈，作者使用免疫熒游標記技術對小鼠大腦切片進行了分析。結果顯示，D1和D2細胞在vHipp區域內具有不同的分佈模式，其中D1細胞主要集中在CA1區，而D2細胞則分佈在CA3區。 B. 透過雙重標記免疫熒光技術，作者進一步驗證了D1和D2細胞在vHipp區域的分佈差異。結果表明，D1細胞與D2細胞在vHipp區域內的分佈具有顯著的空間分離，支援了兩者在功能上的潛在差異。 結論：透過免疫熒游標記技術，研究揭示了vHipp區域內D1和D2細胞的不同分佈模式，提示這兩類細胞可能在大腦功能中扮演不同的角色。
圖2：vHipp D1和D2細胞的轉錄表型
Figure 2 主要研究vHipp區域的D1和D2細胞的轉錄表型，以揭示這些細胞在基因表達上的差異。 A. 為了分析vHipp區域D1和D2細胞的轉錄表型，作者對分離的D1和D2細胞進行了RNA測序。結果顯示，D1和D2細胞在基因表達上存在顯著差異，具體基因的表達水平在熱圖中得到展示。 B. 透過基因富集分析，作者進一步探討了D1和D2細胞中差異表達基因的生物學功能。結果表明，D1細胞中富集的基因主要與神經傳遞和突觸可塑性相關，而D2細胞中富集的基因則與代謝和細胞週期相關。 結論：vHipp區域的D1和D2細胞在轉錄水平上表現出顯著的差異，這些差異可能與它們在神經傳遞、突觸可塑性以及代謝和細胞週期中的功能相關。
圖3：EPM測試期間vSub D1和D2神經元活動的鈣成像
Figure 3 為了研究在高架十字迷宮（EPM）測試期間，vSub區域的D1和D2神經元的活動情況，作者進行了鈣成像實驗。 A. 為了觀察D1神經元在EPM測試中的活動，作者使用鈣成像技術記錄了D1神經元的鈣訊號變化。結果顯示，在EPM測試中，D1神經元在開放臂中的活動顯著增加。 B. 為了觀察D2神經元在EPM測試中的活動，作者同樣使用鈣成像技術記錄了D2神經元的鈣訊號變化。結果顯示，在EPM測試中，D2神經元在開放臂中的活動顯著增加。 結論：透過鈣成像技術，研究發現vSub區域的D1和D2神經元在EPM測試的開放臂中活動顯著增加，提示這些神經元可能在調節與焦慮相關的行為中發揮作用。
圖4：在高架十字迷宮測試中對vSub D1和D2神經元進行化學遺傳學和光遺傳學操作
Figure 4 為了研究vSub區域D1和D2神經元在高架十字迷宮測試中對行為的影響，研究者採用化學遺傳學和光遺傳學的方法對這些神經元進行操作。 A. 透過化學遺傳學方法，研究者在高架十字迷宮測試中啟用vSub區域的D1神經元。結果顯示，啟用D1神經元后，實驗動物在開放臂的停留時間顯著增加，表明D1神經元的啟用可能與減少焦慮行為相關。 B. 採用光遺傳學技術，研究者抑制了vSub區域的D2神經元。結果表明，抑制D2神經元后，實驗動物在開放臂的停留時間減少，這提示D2神經元的活動可能與增加焦慮行為有關。 結論：透過化學遺傳學和光遺傳學操作，研究者發現vSub區域的D1神經元和D2神經元在調節焦慮行為中具有相反的作用，D1神經元的啟用減少焦慮，而D2神經元的抑制增加焦慮。
圖5：腹側海馬下區中的多巴胺感知、多巴胺受體藥理學和基因操作
Figure 5 A. 為了研究腹側海馬下區中多巴胺的感知，作者使用了電化學感測器來檢測多巴胺的釋放。結果顯示，在特定刺激下，腹側海馬下區可以檢測到多巴胺的釋放，表明該區域對多巴胺具有感知能力。 B. 透過使用多巴胺受體拮抗劑和激動劑，作者研究了腹側海馬下區中多巴胺受體的藥理學特性。結果表明，不同型別的多巴胺受體在該區域中具有不同的功能，提示多巴胺訊號在腹側海馬下區的複雜調節。 C. 為了探討基因操作對腹側海馬下區多巴胺訊號的影響，作者進行了基因敲除實驗。結果顯示，特定基因的敲除可以顯著改變多巴胺訊號的傳遞，進一步證明了該基因在多巴胺訊號調節中的重要作用。 結論：腹側海馬下區能夠感知多巴胺，並且多巴胺受體在該區域中具有複雜的藥理學特性。基因操作實驗表明，特定基因在多巴胺訊號的調節中發揮重要作用。
06
主要結論
這篇論文研究了多巴胺D1和D2受體在小鼠腹側海馬體（vHipp）中的訊號傳導如何影響焦慮相關的行為選擇。研究發現，D1和D2受體在vHipp中分別表達於不同的神經元群體，這些群體之間存在解剖和功能上的分離。D1和D2神經元在焦慮性探索期間表現出不同的啟用模式，分別促進相反的趨近和迴避反應。多巴胺訊號透過不同地啟用D1或D2神經元，調節動物在焦慮情境下的探索行為。
07
討論總結
研究表明，多巴胺在vHipp中的釋放在焦慮性探索期間起到“底層訊號”的作用，透過選擇性地啟用D1或D2神經元，門控探索行為。在焦慮情境下，多巴胺訊號可能充當一個閾值，限制進一步的探索行為。當多巴胺水平升高時，可能會改變D1和D2訊號傳導的比例，影響行為選擇。研究指出這種多巴胺訊號在vHipp的作用機制與紋狀體中廣泛研究的D1和D2中等刺狀神經元的作用類似。這一發現為理解海馬體在決策過程中的複雜計算提供了新的視角，並指出多巴胺作為調節器在整合輸入訊號中的重要作用。進一步研究需要探討D1和D2神經元之間的具體連線和功能關係，以及它們在更大範圍神經迴路中的作用。
—END—