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研究人员发现应激源可通过前丘脑室旁核(aPVT)的谷氨酸能输入改变视交叉上核(SCN)中央起搏器的相位,揭示应激与光信号在SCN微环路中的差异编码机制。该研究首次阐明应激源持续诱导相位延迟的神经通路,发现AVP+与VIP+神经元对刺激的差异性响应,为理解压力相关疾病中的昼夜节律紊乱提供了新靶点。
昼夜节律系统如同生命的"隐形指挥家",帮助生物体预判环境变化。但当遭遇压力威胁时,这套精密的时间管理系统会如何应对?传统研究多聚焦于光信号对生物钟的调控,却长期忽视应激源这一重要环境因素对昼夜节律的影响。更令人困惑的是,既往关于应激如何影响中央起搏器——视交叉上核(SCN)的研究结果矛盾重重:有的显示无影响,有的报告相位提前或延迟。这种认知空白使得压力相关疾病(如创伤后应激障碍)伴发的睡眠节律紊乱缺乏有效干预靶点。
美国国家心理健康研究所的科研团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究,如同拨开迷雾的探照灯。他们采用多学科交叉方法:通过光纤光度技术长期监测SCNNMS+神经元钙活动,结合逆行示踪确定aPVT-SCN神经环路,利用化学遗传学抑制和离体电生理验证通路功能,最后通过双光子成像解析SCNAVP+/VIP+亚群的差异响应。
【应激源对运动节律的影响不同于光】
研究人员比较了足底电击与光脉冲在不同昼夜时点(CT)的效应。发现:CT14(活动期开始)时,两种刺激均引起相位延迟,但应激效应较弱(0.4 vs 1.2小时);CT22(活动期结束)时光诱导相位提前,应激却仍引发延迟;CT6(静止期)两者均无效。强迫游泳实验验证了这种"单向延迟"效应的普适性。
【SCN神经元差异编码环境信号】
全钙成像显示:SCNNMS+群体对足底电击呈现激活(60%)或抑制(40%)两种反应模式,抑制反应的潜伏期显著更长(16 vs 3ms)。而光刺激主要激活VIP+神经元,对AVP+群体影响微弱。当联合施加光与应激时,CT14出现相位延迟增强效应,CT22则消除光诱导的相位提前。
【aPVT-SCN通路介导应激效应】
逆行示踪揭示SCN主要接收aPVT投射,原位杂交显示60%投射神经元表达Npffr1。光纤记录证实SCN投射的aPVT神经元被应激激活。化学抑制aPVT使应激诱导的相位延迟减弱50%。电生理证实aPVT通过谷氨酸能单突触激活SCN,并招募局部GABA能抑制网络——这与TTX/4-AP处理后抑制消失而兴奋增强的现象一致。
【AVP+/VIP+神经元的功能分工】
特异性记录显示:AVP+神经元对所有时点的应激均产生强激活,VIP+群体则表现为CT6显著抑制。离体实验发现aPVT光遗传刺激在SCN壳部(富含AVP+)诱发持续兴奋,在核心区(富含VIP+)则引起兴奋-抑制双相反应,这种空间分布差异通过双光子成像精确定位。
这项研究构建了"应激-生物钟"调控的新范式:环境威胁通过aPVT的Npffr1+神经元将谷氨酸能信号传递至SCN壳部,激活AVP+神
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