中央杏仁核GABA能神经元通过CeA-PVT和CeA-LPBN通路协同调控焦虑样行为与呼吸模式

时间：2025年4月15日

来源：Nature Communications

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《Nature Communications》推荐：焦虑障碍常伴随呼吸异常，但其神经机制不明。河北医科大学团队发现中央杏仁核(CeA)GABA能神经元通过CeA-PVT(丘脑室旁核)环路调控焦虑样行为，通过CeA-LPBN(外侧臂旁核)-preBötC(前包钦格复合体)环路调节呼吸频率。该研究为情绪-呼吸交互机制提供了新见解，对焦虑相关呼吸障碍治疗具有重要启示意义。

当我们感到焦虑时，呼吸往往会变得急促而不规律，这种生理现象背后隐藏着怎样的神经机制？近日发表在《Nature Communications》的研究揭开了这个谜题。焦虑障碍患者常表现出特征性的呼吸异常，但大脑如何协调情绪与呼吸始终是未解之谜。中央杏仁核(CeA)作为情绪处理的关键脑区，其90%以上为GABA能抑制性神经元，被认为在恐惧和焦虑反应中起核心作用，然而其对呼吸模式的调控机制尚不清楚。

河北医科大学的研究团队通过多学科方法系统研究了CeA GABA能神经元(CeA^GABA)在焦虑样行为和呼吸调控中的双重作用。研究人员首先建立急性束缚应激(ARS)小鼠模型，发现应激后小鼠表现出典型的焦虑样行为：在开放场地测试中减少中央区域探索时间，在高架十字迷宫测试中减少开放臂停留时间。更重要的是，全身体积描记术(WBP)记录显示这些行为变化伴随着呼吸频率(RF)的显著增加，特别是与焦虑相关的理毛行为时间延长。

研究团队运用化学遗传学和光遗传学技术精确操控CeA^GABA神经元活性。抑制这些神经元可缓解ARS诱导的焦虑样行为和呼吸加快；反之，激活这些神经元则能诱发类似ARS的行为和呼吸变化。值得注意的是，在行为静止或麻醉状态下激活CeA^GABA神经元仍能增加呼吸频率，表明其对呼吸的调控不依赖于行为状态。

关键的神经环路机制研究发现：CeA^GABA神经元通过投射至丘脑室旁核(PVT)的CeA-PVT环路调控焦虑样行为及相关呼吸模式；而通过CeA-外侧臂旁核(LPBN)-前包钦格复合体(preBötC)环路主要调节基础呼吸活动。双标记示踪显示约26.3%的CeA^GABA神经元同时投射至PVT和LPBN，这种解剖学特征可能为情绪与呼吸的协同调控提供了结构基础。

在技术方法上，研究整合了多种前沿技术：通过全身体积描记术同步监测行为与呼吸参数；运用化学遗传学(DREADDs)和光遗传学(ChR2/eNpHR)特异性操控神经元活性；采用跨突触病毒示踪(mWGA)解析神经环路；结合在体光纤光度法记录神经元钙活动；利用膜片钳技术分析突触传递机制。

研究结果部分，首先通过ARS模型证实：应激后小鼠在0-40分钟表现出显著焦虑样行为，伴随呼吸频率增加(5-6Hz)和理毛时间延长。化学遗传抑制CeA^GABA神经元(hM4Di)可逆转这些变化。激活这些神经元(hM3Dq)则模拟出ARS表型。光遗传激活CeA^GABA神经元在静止和麻醉状态仍能增加呼吸频率，提示其对呼吸的直接调控。

神经环路解析揭示：CeA-PVT通路介导焦虑样行为和相关的呼吸变化，而CeA-LPBN通路主要调节基础呼吸。特异性消融LPBN谷氨酸能神经元(LPBN^Glu)可阻断CeA-LPBN通路对呼吸的调控。电生理记录发现CeA^GABA神经元对LPBN^Glu神经元的调控具有异质性，部分通过单突触GABA能抑制实现。

这项研究首次阐明CeA^GABA神经元通过不同下游通路分别调控情绪行为和呼吸模式的机制。从临床角度看，为理解焦虑障碍患者的呼吸异常提供了神经基础，提示CeA可能成为治疗情绪相关呼吸障碍的新靶点。从神经科学角度看，揭示了情绪与自主功能协调的新机制，即单个脑区可通过分立的神经通路同步调控复杂生理过程。未来研究可进一步探索这些通路在病理条件下的变化，为开发精准干预策略提供依据。