作者：复旦大学 Yu

尼古丁是烟草中的主要成瘾性成分。尼古丁成瘾主要涉及到与奖赏行为相关的皮层边缘多巴胺系统，其通过直接激活烟碱乙酰胆碱能受体(acetylcholine

receptors , nAChR)引起强烈的奖赏效应^[1]。但多巴胺能神经元不仅与传递奖赏相关的信号，也传递与厌恶刺激相关的信号。此前曾有研究表明高剂量尼古丁摄入会产生“负面”影响^[2]，但多巴胺能神经元对不同剂量尼古丁的刺激产生不同效应的机制尚不清楚。

2021年8月14日，法国Philippe Faure课题组和Fabio Marti课题组合作在Neuron上发表了题为Nicotine inhibits the VTA-to-amygdala dopamine pathway to promote anxiety的文章，阐明了尼古丁刺激腹侧被盖区(ventral tegmental area, VTA) à 杏仁核(amygdala) 多巴胺能(Dopamine, DA)神经元引起焦虑行为的新机制^[3]。（图1）

图1

研究者们首先对尼古丁刺激后VTA区多巴胺能神经元的电生理特性进行了观察，结果显示不同于对照组出现的单峰分布，尼古丁刺激后的多巴胺能神经元放电频率出现了双峰分布，这是因为其中一类多巴胺能神经元在尼古丁刺激后被激活，而另一类则被抑制。而解剖学的角度也发现受抑制的神经元比激活的神经元更偏向于VTA的内侧，这些证据表明尼古丁的刺激使VTA区多巴胺能神经元表现出两种不同的亚型。（图2）

图2：尼古丁刺激后VTA多巴胺能神经元表现出两种不同亚型

为了进一步研究这两类多巴胺能神经元的特性，研究者们将关注点集中到了与多巴胺能神经元相关的神经环路。他们分别在NAc的三个亚核团：侧壳(NacLSh)、内侧壳(NacMSh)和核芯(core)注射逆向示踪剂RetroBeads(RB)，并在两周后检测尼古丁刺激时多巴胺能神经元的活性。结果显示投射在到NAc的多巴胺能神经元中(RB+)，有93%的多巴胺能神经元在尼古丁刺激时被激活，而只有7%的多巴胺能神经元在尼古丁刺激时被抑制。这说明大多数被尼古丁激活的多巴胺能神经元投射到了NAc脑区。（图3）

图 3：尼古丁激活的多巴胺能神经元多数投射到了NAc脑区

为了进一步探索尼古丁抑制的神经元投射到的脑区，研究者们运用同样的方法用RB逆向标记了杏仁核的两个亚核团：基底外侧杏仁核(basolateral amygdala, BLA)和中央杏仁核(central amygdala, CeA)。结果表明在投射到杏仁核的多巴胺能神经元中，86%的神经元都被尼古丁刺激所抑制，只有14%的神经元被尼古丁所激活。这表明大部分被尼古丁抑制的多巴胺能神经元投射到了杏仁核（图4）。

图4：尼古丁激活的多巴胺能神经元多数投射到了杏仁核

研究者们利用光纤和多巴胺能传感器实时记录了尼古丁刺激后NAcLSh和BLA的多巴胺释放情况。他们分别将psAAV-hSyn-GRAB注射到BLA和NAcLSh以检测多巴胺的释放情况，结果显示尼古丁刺激会使NacLSh中多巴胺释放增多，但BLA中多巴胺释放减少(图5)。这进一步解释了尼古丁可以通过影响多巴胺的释放进而影响VTA à NAc和VTA à Amg通路的激活或抑制。

图5：尼古丁刺激改变多巴胺能神经元的多巴胺释放

作者观察到无论腹腔注射还是脑立体定位VTA脑区注射尼古丁后，小鼠在高架O迷宫开放臂探索的时间明显减少，即其表现出了明显的焦虑行为。到底是什么原因使得尼古丁刺激后小鼠表现出了焦虑的表型呢？研究者们通过光遗传学的手段分别操纵了上文发现的两种多巴胺能神经元亚型。研究者们分别将AAV-DIO-Jaws-eGFP(光刺激抑制神经元活性)，AAV-DIO-hCatCh-YFP(光刺激激活神经元)及AAV-DIO-YFP（对照）注射到了VTA区，并在4周后通过光遗传学操控BLA的多巴胺能神经元并观察其在高架O迷宫的行为。

他们发现当投射到BLA的多巴胺能神经元被抑制时，小鼠在开放臂的探索时间显著减少（更焦虑），而当投射到BLA的多巴胺能神经元被激活时，小鼠在开放臂的探索时间则会增加（焦虑表型被缓解）（图6）。这说明抑制投射到BLA的多巴胺能神经元在尼古丁介导的焦虑行为中起至关重要的作用。

图6：激活杏仁核多巴胺能神经元显著性缓解小鼠焦虑

综上，作者揭示了尼古丁通过抑制杏仁核多巴胺能神经元导致焦虑行为背后的机制，提供了缓解尼古丁引起焦虑的潜在靶点。

总结图：此工作证明了尼古丁刺激会激活VTAàNAc的多巴胺能神经元并抑制VTAàAmgdala的多巴胺能神经元。光遗传学技术对这两种途径进行双向操纵的结果揭示了尼古丁刺激抑制VTAàAmgdala多巴胺能神经元引起焦虑的机制。