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.2018年1月4日;9(1):52.
doi:10.1038/s41467-017-02534-9。

对抗性控制进食和强迫行为的神经基础

附属公司

对抗性控制进食和强迫行为的神经基础

Leandra R Mangieri先生等。 国家公社. .

摘要

异常进食通常与强迫行为共存,但其潜在的神经基础尚不清楚。啮齿动物过度的自我打扮与强迫性有关。在这里,我们表明,通过视觉基因调控下丘脑外侧部(LH)投射物的活动,以心室旁下丘脑(PVH)为靶点,可以不同程度地促进进食或重复自我梳洗。而GABA能LH的选择性激活PVH输入诱导进食,谷氨酸输入激活促进自我修饰。引人注目的是,有针对性地刺激GABA能LHPVH导致快速可逆地从诱导的强烈自我修饰过渡到喂食,同时激活谷氨酸能LHPVH或PVH神经元会从禁食诱导的狼吞虎咽的进食快速可逆地过渡到自我修饰。此外,对任一LH的特异性抑制PVH-GABA能作用或PVH神经元减少压力诱导的自我修饰。因此,我们发现了一个平行的LHPVH投射电路通过动态调节PVH神经元的活动来对抗控制进食和自我梳洗,揭示了进食和强迫行为的共同神经通路。

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利益冲突声明

作者声明没有竞争性的经济利益。

数字

图1
图1
LH GABA和谷氨酸神经元向PVH神经元的共同亚群发送单突触投射。实验示意图。b条显示ChR2-EYFP LH的代表性图像Pdx1页PVH中的纤维。c(c)LH中ChR2的表达Pdx1页神经元。中的坐标,b条是相对于脑桥的前后(AP)测量值。三、 第三脑室;AHP,下丘脑前部区域,后部;f、 穹隆;ic,内囊;LH,下丘脑外侧部;opt,视束;下丘脑室旁核;比例尺 = 300微米。d日斑贴灯记录显示PVH神经元在指定电位下的视诱发抑制性突触后电流(oIPSC,顶部)和视诱发兴奋性突触前电流(oEPSC,底部)的电生理学痕迹(V(V) 小时)向左侧发出1ms蓝光脉冲Pdx1-ChR2纤维。电流可分别被离子型GABA或谷氨酸受体阻滞剂GABAzine和CNQX+APV阻断。e(电子)TTX和4-AP在oIPSC(顶部)和oEPSC(底部)中的联合应用效果。(f)显示从LH接收兴奋性和/或抑制性输入的PVH神经元百分比的饼图Pdx1至ChR2神经元对蓝光的电生理电流反应
图2
图2
LH的光学激活Pdx1页PVH投射不同程度地导致喂食和重复梳理行为,前者需要释放GABA。食物摄入量()和梳理时间(b条)前(照明前)、中(照明时)和后(照明后)5赫兹,100ms LH光刺激Pdx1-ChR2PVH纤维Pdx1-芯Pdx1-芯::Vgat flox/flox公司老鼠。喂食时间(c(c))和梳理时间(d日)5之前、期间和之后赫兹,10ms LH光刺激Pdx1-ChR2同一小鼠体内的PVH纤维。插入c(c)展开自Pdx1 Cre::Vgat flox/flox公司在同一图中整理数据Pdx1-芯(e(电子))和Pdx1-芯::Vgat flox/flox公司((f))分别在光照时代(5赫兹,100ms)(补充视频1和3)。预照明和照明期间的外观微观结构表征(5赫兹,10ms)时代。d日光前、光开启和光后时代连续发生,持续5年每个最小值;Pdx1-芯,n个 = 3只动物;Pdx1-芯::Vgat flox/flox公司,n个 = 4只动物。d日双向重复测量方差分析,然后进行Dunnett的多重比较测试。(相互作用F[2,10] = 17.14,P(P) = 0.0006; 基因型F[1,5] = 17.14,P(P) = 0.0090; 灯,F[2,10] = 17.14,P(P) = 0.0006; 受试者[匹配]F[5,10] = 1,P(P) = 0.4651.Pdx1-芯[预照明与光照]***第页 < 0.0005.b条相互作用F[2,10] = 15.77,P(P) = 0.0008; 基因型F[1,5] = 6.342,P(P) = 0.0533; 灯F[2,10] = 19.48,P(P) = 0.0004;受试者[匹配]F[5,10] = 0.2401之间,P(P) = 0.9356.Pdx1-芯::Vgat flox/flox公司[预照明与光照]***第页 < 0.0005.c(c)相互作用F[2,10] = 5.273,P(P) = 0.0273; 基因型F[1,5] = 4.739,P(P) = 0.0814; 光F[2,10] = 9.287,P(P) = 0.0052; 受试者(匹配)F[5,10] = 3.261,P(P) = 0.0527.Pdx1-芯::Vgat flox/flox公司[预照明与光照]***第页 < 0.0005; [灯光前与灯光后*第页 < 0.05之间。d日相互作用F[2,10] = 0.3491,P(P) = 0.7136; 基因型F[1,5] = 1.443,P(P) = 0.2834; 灯F[2,10] = 58.37,P(P) < 0.0001; 受试者[匹配]F[5,10] = 0.4241,P(P) = 0.8220.Pdx1-芯Pdx1-芯::Vgat flox/flox公司[预照明与光照]***第页 < 0.0005.双尾,成对的学生t吨-测试;数据以平均值表示±s.e.m.公司。 t吨 = 3.24,df = 6, *P(P) = 0.0177.小时 t吨 = 7.996,数据流 = 6, ***P(P) = 0.0002. t吨 = 4.174,数据流 = 6, **P(P) = 0.0059)
图3
图3
左侧Pdx1页PVH诱发的梳理需要释放谷氨酸,而非谷氨酸能纤维的激活促进了行为方式。食物摄入量()和梳理时间(b条)前(照明前)、中(照明时)和后(照明后)5赫兹,100ms LH光刺激Pdx1-ChR2PVH纤维Pdx1-芯(n个 = 8) 和Pdx1-芯::Vglut2 flox/flox公司(n个 = 7) 老鼠。LH光刺激期间的实时位置偏爱分析(RTPP)Pdx1页GFP控制中的PVH(n个 = 6) 和Pdx1-芯::Vglut2 flox/flox公司::ChR2小鼠(n个 = 4).c(c),d日代表性轨迹追踪运动;e(电子)每侧花费的时间百分比。e(电子)双向方差分析后进行Sidak多重比较检验(交互作用F[1,16] = 7.192,P(P) = 0.0164;病毒注射F[1,16] = 0.1407,P(P) = 0.7125; 光区F[1,16] = 6.612,P(P) = 0.0205.Pdx1-芯::Vglut2 flox/flox公司::ChR2(熄灯区与点亮区)**第页 < 0.005. 数据表示为平均值±s.e.m.食物摄入量(f)和梳理时间(g)5之前、期间和之后赫兹,10ms LH光刺激Pdx1-ChR2PVH纤维Pdx1-芯(n个 = 4) 和Pdx1-芯::Vglut2 flox/flox公司(n个 = 3) 老鼠。,b、 (f)双向重复测量方差分析,然后进行Dunnett的多重比较测试。(相互作用F[2,26] = 0.003466,P(P) = 0.9965; 基因型F[1,13] = 0.000817,P(P) = 0.9776; 灯F[2,26] = 66.15,P(P) < 0.0001,受试者(匹配)F[13,26] = 0.9467,P(P) = 0.5233.Pdx1-芯Pdx1-芯::Vglut2 flox/flox公司[预照明与光照]***第页 < 0.0005.b条相互作用F[2,26] = 1.065,P(P) = 0.3593;基因型F[1,13] = 10.98,P(P) = 0.0056; 灯F[2,26] = 3.622,P(P) = 0.0409; 受试者(匹配)F[13,26] = 1.472,P(P) = 0.1942.(f)相互作用F[2,10] = 3.073,P(P) = 0.0912; 基因型F[1,5] = 3.073,P(P) = 0.1400; 灯F[2,10] = 3.808,P(P) = 0.0590; 受试者(匹配)F[5,10] = 1,P(P) = 0.4651.Pdx1-芯::Vglut2 flox/flox公司(预照明与照明)*第页 < 0.05之间。相互作用F[2,10] = 14.45,P(P) = 0.0011; 基因型F[1,5] = 8.36,P(P) = 0.0341; 灯F[2,10] = 8.57,P(P) = 0.0068; 受试者[匹配]F[5,10] = 1.078,P(P) = 0.4280.Pdx1-芯(预照明与照明)***第页 < 0.0005)
图4
图4
LH需要激活PVH中的GABA-A和离子型谷氨酸受体Pdx1-ChR2PVH分别诱发喂食和梳理。1毫秒蓝光脉冲(蓝扁虱)在大鼠PVH神经元中诱发的抑制性(oIPSC,顶部)和兴奋性(oEPSC,底部)突触后电流反应Pdx1-芯::γ2 flox/flox公司鼠标(控件)。b条oIPSC(顶部)和oEPSC(底部)对PVH神经元中1ms蓝光脉冲的响应Pdx1-Cre::Sim1-Cre::γ2 flox/flox公司小鼠(双cre基因敲除)。c(c)对照和双cre敲除小鼠的电流幅度的量化。在记录的单元格总数中,显示当前响应的单元格数显示在条形图上方。数据以平均值表示±s.e.m.(双尾Mann-Whitney试验;对照小鼠的中值 = 101.3,n个 = 10; 双cre基因敲除小鼠的中位数 = 19.8,n个 = 4;U型 = 4; *P(P) = 0.0240).d日照明前、照明期间和照明后的食物摄入量5赫兹,100ms LH光刺激Pdx1-ChR2对照PVH纤维(n个 = 7) 和双cre基因敲除小鼠(n个 = 6). 双向重复测量方差分析,然后进行Dunnett的多重比较测试。(相互作用F[2,22] = 28.85,P(P) < 0.0001; 基因型F[1,11] = 29.11,P(P) = 0.0002; 灯F[2,22] = 28.85,P(P) < 0.0001; 受试者[匹配]F[11,22] = 1.01,P(P) = 0.4689之间。Pdx1-芯::γ2 flox/flox公司[预照明与照明]***第页 < 0.0005).e(电子)示意图显示了定制的导向套管,允许可互换液体和光学输送到PVH。(f)牺牲前微量注射蓝色墨水显示PVH区域的大致流体注射位置。比例尺 = 500微米。5年内梳洗所花费的时间5分钟赫兹,10–50ms LH光刺激Pdx1-ChR2载体后PVH或D-AP5+DNQX微量注射至PVH(双尾比率配对t检验;t = 6.862立方英尺 = 2; *P(P) = 0.0206;n个 = 3)
图5
图5
抑制GABA能LHPdx1页PVH纤维可减少禁食后的进食,抑制谷氨酸纤维可减少喷水引起的梳毛。实验示意图。b条用于测试快速再喂入的实验方案Pdx1-芯::Vglut2 flox/flox公司::模拟或556下的eArchT3.0小鼠nm光抑制。c(c)模拟抑制试验期间禁食后重新喂食所花费的时间。d日在+Light快速试验后重新喂食所花费的时间,其中556在连续10分钟内每隔一分钟施加一次nm恒定光。e(电子)在+light和Mock抑制试验中,启动期和启动期喂食累计时间的比较。n个 = 3只动物。双向重复测量方差分析,然后进行Sidak的多重比较测试;轻组F(1,2) = 0.01648,P(P) = 0.9096; 光周期F(1,2) = 45.77,P(P) = 0.0212;相互作用光组X光周期F(1,2) = 35.58,P(P) = 0.0270. 熄灭与点亮期间(+灯光组)*第页 < 0.05. 数据以平均值表示±s.e.m.公司。(f)用于测试喷水诱导梳理的实验方案Pdx1-芯::Vgat flox/flox公司::eArchT3.0小鼠处于模拟状态(447nm)或556nm光抑制。模拟和556期间花费的梳理时间不喷水时nm抑制。小时模拟和556期间花费的梳理时间当喷水诱导梳理时,纳米抑制作用。喷水试验期间的同时喂食时间。双尾配对学生t吨测试;n个 = 5; t吨 = 1.935,数据流 = 4,第页 = 0.1250;小时 t吨 = 7.779,数据流 = 4, **第页 = 0.0015; t吨 = 2.731,数据流 = 4,第页 = 0.0524(ns,不显著)
图6
图6
GABA能和谷氨酸能LHPdx1对喂食和自我梳理的拮抗控制PVH纤维。谷氨酸能LH作用的实验设计Pdx1-ChR2PVH纤维对梳毛和喂食后的快速光刺激。b条三次梳理花费的时间百分比30最少次试验。c(c)在相同的三次试验中的食物摄入量。b条,c(c)数据以平均值表示±s.e.m。;n个 = 5只动物;重复测量方差分析,然后进行Tukey的多重比较。(b条试验条件F[2,8] = 55.01,P(P) < 0.0001; 受试者F[4,8] = 0.9764,P(P) = 0.4714. 禁食+清淡vs.美联储+模拟刺激和禁食+模拟刺激***第页 < 0.0005。c(c)试验条件F[2,8] = 12.37,P(P) = 0.0036; 受试者F[4,8] = 1.062,P(P) = 0.4344. 美联储+模拟刺激vs.快速+模拟刺激*第页 < 0.05; 禁食+模拟刺激vs.禁食+灯光**第页 < 0.005.)d日测试GABA能LH是否受到光刺激的实验方案Pdx1-ChR2PVH纤维会干扰喷水引起的梳理。e(电子)模拟刺激期间梳毛或喂食/舔食行为所花费的时间(n个 = 3) 。(f)光照条件下梳理或喂食/舔食所花费的时间,其中5赫兹,100每隔一分钟施加ms光脉冲(n个 = 5).e(电子),(f)数据以平均值表示±s.e.m。;双向重复测量ANOVA,然后进行Dunnett的多重比较测试。(e(电子)相互作用F[10,40] = 1.1,P(P) = 0.3854; 轻F[10,40] = 0.8106,P(P) = 0.6199; 行为F[1,4] = 231.6中,P(P) = 0.0001; 受试者(匹配)F[4,40] = 0.2938,P(P) = 0.8803. 美容[第一次点灯与最后一次点灯]*第页 < 0.05;(f)相互作用F[10,80] = 78.48,P(P) < 0.0001; 轻F[10,80] = 2.864,P(P) = 0.0042; 行为F[1,8] = 2.74之间,P(P) = 0.1365; 受试者(匹配)F[8,80] = 7.308,P(P) < 0.0001. 喂食/舔食(第一次点燃vs.On-1、On-2、On-3、On-4、On-5)***第页 < 0.0005; 梳妆(第一次熄灯与On-1、On-2、On-3、On-4、On-5)***第页 < 0.0005)
图7
图7
PVH的光刺激模拟人生1神经元诱导梳理行为并与快速再喂养竞争,而抑制会增加进食并减少应激诱导的梳理。实验示意图。b条PVH中ChR2-EYFP的表达模拟人生1PVH上方的神经元和光纤植入(opt.fib.trace,箭头)。比例尺 = 300微米。c(c)前(光照前)、中(光照时)和后(光照后)的清洁时间5赫兹,10ms PVH光刺激模拟1-ChR2神经元模拟1 Cre(n个 = 4) 和模拟1 Cre::Vglut2 flox/flox公司(n个 = 4) 老鼠。双向重复测量ANOVA,然后进行Dunnett的多重比较测试(交互作用F[2,12] = 10.77,P(P) = 0.0021; 基因型F[1,6] = 2.265,P(P) = 0.1831; 灯F[2,12] = 30.2,P(P) < 0.0001; 受试者(匹配)F[6,12] = 2.514,P(P) = 0.0821.Sim1-Cre公司[预照明与光照]***第页 < 0.0005;Sim1-Cre::Vglut2 flox/flox公司[预照明与光照]*第页 < 0.05; Sidak的多重比较:Sim1-Cre公司与。Sim1-Cre::Vglut2 flox/flox公司[灯亮]**第页 < 0.005).d日交替期间禁食后的喂食时间,1min-light关/开事件Sim1-Cre公司(n个 = 4) 和Sim1-Cre::Vglut2 flox/flox公司(n个 = 4) 老鼠(发光 = 5赫兹,10毫秒)。e(电子)在同一个实验中花费的梳理时间。d日,e(电子)数据以平均值表示±s.e.m.双向重复测量ANOVA,然后进行Dunnett的多重比较测试d日,相互作用F[10,60] = 4.594,P(P) < 0.0001; 光F[10,60] = 4.265,P(P) = 0.0002;基因型F[1,6] = 15.95,P(P) = 0.0072; 受试者(匹配)F[6,60] = 5.389,P(P) = 0.0002.Sim1-Cre公司[第一次点火与On-1、On-2、On-3、On-4、On-5的对比]**第页 < 0.005;Sim1-Cre::Vglut2 flox/flox公司[第一盏灯熄灭与最后一盏灯点亮]*第页 < 0.05; (第一次点火与最后一次点火)***第页 < 0.0005.e(电子),相互作用F[10,60] = 5.418,P(P) < 0.0001; 灯F[10,60] = 3.68,P(P) = 0.0007; 基因型F[1,6] = 12,P(P) = 0.0134; 受试者(匹配)F[6,60] = 3.74,P(P) = 0.0032.Sim1-Cre公司(第一次点火与第一次点火)**第页 < 0.005; (第一次点火与On-2、On-3、On-4、On-5)***第页 < 0.0005).(f)静音PVH模拟1-iC++蓝光神经元阻断去极化电流注入引起的动作电位。30用蓝光光抑制PVH期间的最小食物摄入量Sim1-Cre公司::GFP对照组和iC++小鼠。小时15年期间梳洗所花费的时间相同小鼠在无急性应激后的模拟抑制min。15年期间梳洗所花费的时间10分钟后蓝光抑制时间相同小鼠制动应激min。双尾学生的t吨-测试。 t吨 = 6.715,数据流 = 8, ***第页 = 0.0002;小时 t吨 = 1.415,数据流 = 8,第页 = 0.1948; t吨 = 3.855,数据流 = 8, **第页 = 0.0048

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