The Severity of Acute Stress Is Represented by Increased Synchronous Activity and Recruitment of Hypothalamic CRH Neurons

急性應(yīng)激的嚴(yán)重程度通過下丘腦CRH神經(jīng)元的同步活動(dòng)增加和募集效應(yīng)來體現(xiàn)

來源：Journal of Neuroscience, March 16, 2016, Volume 36, Issue 11, pages 3350-3362

《神經(jīng)科學(xué)雜志》，2016年3月16日，第36卷第11期，第3350-3362頁

 

摘要：

摘要闡述了研究使用雙光子鈣成像技術(shù)在完整斑馬魚幼蟲中記錄促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）神經(jīng)元的活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)動(dòng)物暴露于不同強(qiáng)度的應(yīng)激源（如鹽度和pH變化）時(shí)，CRH神經(jīng)元的反應(yīng)幅度與應(yīng)激強(qiáng)度共變。應(yīng)激源導(dǎo)致先前不活躍的CRH神經(jīng)元以強(qiáng)度依賴的方式被募集，從而增加響應(yīng)細(xì)胞池。值得注意的是，應(yīng)激誘導(dǎo)的活動(dòng)在CRH神經(jīng)元之間高度同步，甚至跨半球同步。表明CRH神經(jīng)元的應(yīng)激強(qiáng)度依賴性輸出通過雙重機(jī)制實(shí)現(xiàn)，包括個(gè)體細(xì)胞活動(dòng)增加和更大響應(yīng)細(xì)胞池的募集。CRH神經(jīng)元內(nèi)部和跨半球的同步性確保HPA軸的整體輸出與威脅嚴(yán)重程度匹配。

 

研究目的：

研究目的是驗(yàn)證在完整動(dòng)物中，下丘腦CRH神經(jīng)元如何響應(yīng)不同強(qiáng)度的急性應(yīng)激，特別是通過記錄神經(jīng)元活動(dòng)來揭示應(yīng)激強(qiáng)度編碼的細(xì)胞機(jī)制，以理解HPA軸調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)的精確匹配原理。

 

研究思路：

研究思路是利用轉(zhuǎn)基因斑馬魚幼蟲（Tg(crh:RFP); Tg(otpa3kb:GCaMP3.0)）模型，通過改變環(huán)境條件（鹽度和pH）作為可控應(yīng)激源，結(jié)合行為觀察（避免行為和運(yùn)動(dòng)活動(dòng)）、生理測量（皮質(zhì)醇水平和生存率）和雙光子鈣成像技術(shù)，在體記錄CRH神經(jīng)元的鈣瞬變活動(dòng)。通過比較不同應(yīng)激強(qiáng)度下的神經(jīng)元響應(yīng)模式，分析活動(dòng)頻率、幅度、細(xì)胞募集和同步性，以揭示CRH神經(jīng)元對(duì)應(yīng)激強(qiáng)度的編碼機(jī)制。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義：

1 行為數(shù)據(jù)：測量斑馬魚幼蟲對(duì)應(yīng)激源的避免行為和運(yùn)動(dòng)活動(dòng)變化。研究意義：行為反應(yīng)（如圖1A、B、C所示）顯示應(yīng)激源強(qiáng)度差異，pH變化比鹽度變化引發(fā)更強(qiáng)烈的避免和運(yùn)動(dòng)增加，為應(yīng)激水平提供行為學(xué)證據(jù)，確認(rèn)應(yīng)激源的有效性。

 

2 生理數(shù)據(jù)：測量全身體皮質(zhì)醇濃度作為HPA軸激活指標(biāo)。研究意義：皮質(zhì)醇水平隨應(yīng)激強(qiáng)度增加而升高（如圖1D、E、F所示），直接證明應(yīng)激源強(qiáng)度與內(nèi)分泌反應(yīng)的相關(guān)性，為神經(jīng)元活動(dòng)提供生理背景。

3 生存率數(shù)據(jù)：記錄幼蟲在不同應(yīng)激條件下的生存時(shí)間。研究意義：生存率下降與應(yīng)激強(qiáng)度相關(guān)（如圖1G、H所示），表明應(yīng)激源的嚴(yán)重性，強(qiáng)化了行為和心理數(shù)據(jù)的可靠性。

4 神經(jīng)元活動(dòng)數(shù)據(jù)：通過鈣成像記錄CRH神經(jīng)元的鈣瞬變頻率、幅度和面積 under the curve (AUC)。研究意義：顯示個(gè)體CRH神經(jīng)元活動(dòng)強(qiáng)度隨應(yīng)激強(qiáng)度增加而增強(qiáng)（如圖3、4所示），揭示細(xì)胞水平對(duì)應(yīng)激的梯度響應(yīng)機(jī)制。

 

 

5 細(xì)胞募集數(shù)據(jù)：量化響應(yīng)CRH神經(jīng)元的比例，區(qū)分活躍和非活躍細(xì)胞。研究意義：應(yīng)激源以強(qiáng)度依賴方式募集先前不活躍的細(xì)胞（如圖3、4所示），表明種群水平通過擴(kuò)大響應(yīng)池來放大輸出，解釋HPA軸的可擴(kuò)展性。

6 同步性數(shù)據(jù)：通過交叉相關(guān)分析評(píng)估CRH神經(jīng)元活動(dòng)的同步性。研究意義：發(fā)現(xiàn)CRH神經(jīng)元活動(dòng)高度同步，甚至跨半球（如圖5、6所示），提示下丘腦內(nèi)協(xié)調(diào)機(jī)制，確保應(yīng)激輸出的整體性和效率。

 

 

 

結(jié)論：

1 CRH神經(jīng)元通過個(gè)體細(xì)胞活動(dòng)增強(qiáng)和細(xì)胞池募集的雙重機(jī)制，編碼急性應(yīng)激的強(qiáng)度。

2 應(yīng)激誘導(dǎo)的CRH神經(jīng)元活動(dòng)高度同步，表明下丘腦內(nèi)存在緊密協(xié)調(diào)，以優(yōu)化HPA軸輸出。

3 應(yīng)激強(qiáng)度與行為、生理和神經(jīng)元活動(dòng)均相關(guān)，證實(shí)CRH神經(jīng)元在應(yīng)激反應(yīng)中的核心調(diào)節(jié)作用。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義：

使用丹麥Unisense電極（型號(hào)pH-100和REF-100）測量成像腔內(nèi)pH和液接電位（作為鹽度代理），研究意義在于提供高精度、實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)測，確保應(yīng)激源施加的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。電極通過校準(zhǔn)溶液（如pH 4、7、10和不同NaCl濃度）預(yù)先校準(zhǔn)，直接量化應(yīng)激強(qiáng)度（如圖2B、C所示），避免了人為誤差。這種精確控制使神經(jīng)元活動(dòng)記錄與應(yīng)激條件嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，為因果關(guān)系推斷奠定基礎(chǔ)。例如，pH和鹽度變化的實(shí)時(shí)軌跡驗(yàn)證了應(yīng)激源的瞬時(shí)性和強(qiáng)度梯度，支持了CRH神經(jīng)元活動(dòng)與應(yīng)激強(qiáng)度的共變結(jié)論。Unisense電極的應(yīng)用突出了實(shí)驗(yàn)條件的標(biāo)準(zhǔn)化，增強(qiáng)了結(jié)果的可靠性和可轉(zhuǎn)化性，為在體神經(jīng)成像研究提供了關(guān)鍵的環(huán)境控制參考。