Orexin是一种仅在下丘脑合成,却广泛调节全脑活动的神经肽。已经知道,中枢orexin能神经系统参与调控机体一系列的非躯体性活动,包括摄食、睡眠觉醒、奖赏和情绪情感等。但值得注意的是,orexin缺乏的人或动物还表现出猝倒症(cataplexy),一种肌张力突然一过性消失的危险运动性疾病。我们先前的工作揭示了 orexin和中枢orexin能神经系统能够直接调控躯体运动。因此,中枢orexin能神经系统很可能是机体躯体-非躯体反应整合(somatic-nonsomatic integration)机制中的重要一环。有趣的是,猝倒常由情绪刺激所引发,因此我们认为猝倒症实际上是一种运动-情绪功能整合失调性疾病。实际上,运动-情绪整合(motor-emotional integration)具有十分重要的生理学意义:一方面,躯体运动有助于改善情绪;另一方面,情绪活动也反过来促进或制约运动行为。然而,对运动-情绪整合的神经机制目前仍知之甚少,而既参与运动调控又参与情绪调节的中枢orexin能神经系统是否介导了运动-情绪整合至今不明。小脑(cerebellum)和基底神经节(basal ganglia)是两个皮层下重要的运动结构,分别在机体的运动协调和随意运动的计划中发挥关键作用。近年来的研究表明,小脑和基底神经节这两个经典的皮层下躯体运动调控中枢还可能参与了情绪情感等非躯体性功能的调节。考虑到小脑和基底神经节均接受下丘脑orexin能神经元的直接纤维投射,并有大量orexin受体的表达与分布,我们推测中枢orexin能神经系统很可能通过经小脑和基底神经节的神经环路调控机体的运动-情绪整合。因此,本项研究采用神经环路示踪技术、免疫荧光组织化学、离体脑片膜片钳记录、实时定量RT-PCR、western blot及行为学相结合的方法,深入研究orexin对小脑间位核(interposed nucleus,IN)和基底神经节中腹侧苍白球(ventralpallidum,VP)神经元的作用及其受体和离子机制,特别是orexin能神经传入在经IN和VP环路介导的情绪情感调控及运动-情绪整合中的作用。一、中枢orexin能神经系统对小脑IN的调控及其在运动-情绪整合中的作用小脑是皮层下最大的运动结构,在维持躯体平衡、调节肌肉张力和协调随意运动中发挥重要作用。在小脑神经元环路中,小脑核团并非仅仅是传统认为的接受小脑皮层浦肯野细胞输出的中继站,而是整个小脑环路最终的整合中枢。IN作为脊髓小脑的最终输出节点之一,负责肢体远端肌肉的精确调控。有趣的是,已经知道中枢orexin能神经系统直接支配了包括基底外侧杏仁核(basolateral amygdala,BLA)在内的许多情绪调控中枢,其对运动功能的影响被广泛认为是其作用于情绪情感环路后的继发效应;而另一方面,我们先前的研究亦揭示了 orexin对小脑这一肌张力调控中枢中的IN神经元具有直接的兴奋性效应。考虑到小脑可能通过其与边缘系统间的环路联系参与情绪情感调控等高级功能的调节,我们在本项研究中聚焦于揭示中枢orexin能神经系统是通过直接经小脑还是通过直接经情绪情感中枢的环路实现运动行为中的运动-情绪整合。研究结果表明:①小脑IN和BLA均接受下丘脑orexin能神经元的直接纤维投射,并有orexin受体OX2R的大量表达,但直接投射至小脑IN和BLA的下丘脑orexin能神经元分属不同亚群,提示中枢orexin能神经系统对运动结构和情绪情感中枢的支配是平行性的;②中枢orexin能神经系统对IN的投射仅在动物面临运动挑战时被选择性地激活,而其对BLA投射的激活则不受动物运动状态的影响,提示小脑IN而非BLA中的内源性orexin能神经传入对面临运动挑战时的运动调控发挥不可或缺的作用;③orexin对IN投射内源性的激活能够显著改善动物的焦虑样行为;④orexin选择性兴奋支配BLA的谷氨酸能IN投射神经元,继而兴奋BLA中的GABA能中间神经元,可能是运动挑战改善焦虑样行为的神经基础。以上结果表明了中枢orexin能神经系统直接驱动小脑-杏仁核环路进而介导运动-情绪整合的新机制。该研究结果不仅有助于理解猝倒症的发病机制,而且有助于认识机体的运动-情绪整合,以及运动是如何改善情绪情感的神经环路机制。二、中枢orexin能神经系统对VP的调控及其在抗抑郁样行为中的作用VP是基底神经节边缘环路(limbic loop)中的一个重要组成结构。虽然早期的研究认为VP可以通过对脑干运动核团的投射调控自发和刺激诱发的运动行为,然而,近年来随着对VP相关研究的深入,越来越多的证据表明VP不仅参与运动调控,更在机体的动机成瘾行为和情绪调节中发挥关键作用。临床报道,VP损伤患者会出现快感缺乏和社交回避等抑郁样症状。另一方面,抑郁症患者中,VP体积存在显著的病理性减小。这些证据提示,VP很可能作为中脑皮层边缘环路(mesocorticolimbic pathway)的重要组成部分,在奖赏及抑郁行为中发挥作用。值得注意的是,抑郁症患者脑脊液中的orexin水平出现显著的下降。此外,由orexin缺失所导致的嗜睡-猝倒症患者往往也表现出中度到重度的抑郁样症状,提示中枢orexin能神经系统与抑郁症可能密切相关,但机制不明。因此,在本项研究中,我们关注中枢orexin能神经系统对抑郁样行为的调控,特别是经VP环路的作用。研究结果表明:①下丘脑orexin能神经元对VP具有直接的纤维投射;②orexin可以直接兴奋VP中的主神经元一GABA能神经元,并诱导抗抑郁样行为;③orexin受体OXIR和OX2R及它们下游耦联的钠钙交换体和L型钙通道共同介导了 orexin的效应;④药理学阻断或慢病毒下调VP中的orexin受体均会导致大鼠在具有急性应激性的强迫游泳和糖水偏好测试中产生抑郁样行为;⑤下调VP中的orexin受体并不影响大鼠在社交测试中与新异伙伴间的社交亲密度,但却显著增强其与对其具有急性社会心理性应激(psychosocialstress)大鼠间的社交回避。这些研究结果表明,中枢orexin能神经系统对VP的调控对机体面临急性应激刺激时做出合适的抗抑郁反应十分关键,且该抗抑郁效应很可能是通过提高抗应激的能力(stress resilience)而实现的。本论文的两项研究不仅对于认识中枢orexin能神经系统在经小脑和基底神经节环路的运动-情绪整合中的作用和神经环路机制有重要的基础理论意义,而且对于临床防治焦虑等情绪情感疾病和猝倒症等运动-情绪整合失调性疾病提供了全新的视角和潜在策略。