虞燕琴/段树民/杨鸿斌课题组在《National Science Review》发文，揭示控制恐惧防御行为的中脑环路新机制

《战国策 · 楚策四》记录了一则趣事：魏国的更羸不用箭就能将一只受伤的大雁射下来，魏王非常吃惊，更羸解释道：“这只大雁受过箭伤，此时惊魂未定，又听见弓弦声，便掉了下来。”面对威胁，动物会为了避免伤害表现出本能的防御性行为（包括冻结、逃跑、躲避或者防御性攻击），恐惧反应可以帮助动物规避风险，但过度的、持续的恐惧则会导致创伤后应激障碍（PTSD）、焦虑症等疾病，正如这则故事所述，大雁过度的内心恐惧使其不战自溃。但恐惧防御行为的神经环路机制目前仍然是不够清楚的。

2024年3月5日，浙江大学脑科学与脑医学学院、双脑中心虞燕琴/段树民/杨鸿斌课题组在National Science Review杂志在线发表题为“Control of defensive behavior by the nucleus of Darkschewitsch GABAergic neurons ”的工作。首次揭示了达克谢维奇氏核（the nucleus of Darkschewitsch，ND）的GABA能神经元在防御行为的重要作用，进一步拓展了恐惧防御的神经机制。

 近几十年来，人们已经确定了杏仁核、下丘脑以及中脑导水管灰质在防御行为中的作用，并且解析出许多特异性环路，分别控制由不同类型威胁刺激引起的防御反应。但由于大脑环路的复杂性，还有许多参与防御反应调控的核团和环路有待发现，尤其对于能够广泛地调控多种类型威胁引起的防御反应的通用脑区的研究较少，而且它们特异调控某一特定的防御行为的机制也还不是很清楚。

ND脑区，是以俄国神经病学科学家L.O.Darkshevich命名的一个脑区，以纪念他在1889年首次描述了这一个位于中脑的间质核。但一直以来人们对于ND脑区的关注和研究很少，对于它的解剖学连接以及功能也不清楚。

在这个研究中，作者选用了两种不同类型的威胁刺激分别是天敌气味TMT（2,4,5-三甲基-3-噻唑啉）和足底电击，当小鼠分别接受这两种刺激后，ND脑区神经元cfos表达显著增加，并且这些神经元主要为GABA能神经元。进一步的在体光纤记录结果表明，在给予小鼠威胁刺激期间，ND脑区的GABA能神经元钙信号显著上升。更重要的是，作者利用在体电生理技术在ND脑区记录到在TMT刺激时和发生冻结行为时放电显著增加的神经元，表明了ND脑区神经元与防御行为尤其是冻结行为的相关性。

为了探究ND脑区的GABA能神经元与防御行为的因果关系，作者使用光遗传学激活ND的GABA能神经元，发现能够立即引起小鼠产生冻结行为而不是逃跑或者躲避行为，并能够引起与冻结行为相关的自主神经变化（瞳孔放大、心率下降）和厌恶样情绪。而光遗传抑制ND的GABA能神经元能显著降低先天性恐惧和条件性恐惧中的冻结行为，但不影响运动和躲避行为，表明了ND的GABA能神经元对于冻结行为的必要性。通过逆行和顺行病毒追踪以及结合光遗传技术，作者进一步确定了ND的GABA能神经元接收外侧中央导水管灰质 (lPAG) 的谷氨酸能神经元输入，负责将来自lPAG的恐惧信息传到巨细胞网状核的腹侧部分（GiV）的谷氨酸能神经元，最终产生冻结行为。有趣的是，作者发现是表达生长抑素（SOM）而不是表达小白蛋白（PV）的GABA能神经元在控制冻结行为中发挥了重要作用。

本研究首次发现了ND这一脑区和lPAG_glu-ND_GABA-GiV_glu 这条新环路对冻结防御反应的特异性控制，丰富了ND脑区的功能，对PAG控制恐惧的下游机制以及大脑中“恐惧系统”的环路网络图谱进行了补充，为理解恐惧防御行为的生物学基础提供了新的见解，另外由于ND 脑区在啮齿类动物和人类上具有区域保守性，该研究可能为治疗恐惧障碍等精神疾病提供了一个新的靶点。

ND的GABA能神经元将恐惧信息从lPAG传递到GiV从而控制冻结行为的模式图

浙江大学脑科学与脑医学学院虞燕琴教授与双脑中心杨鸿斌研究员为本文共同通讯作者；赵慧盈博士与博士生刘金荣、邵育锦为本文共同第一作者。研究工作得到了浙江大学脑科学与脑医学学院段树民院士的悉心指导与大力支持。也获得浙江大学脑科学与脑医学学院李晓明教授、孙丽副教授、刘怿君副教授、浙大城市学院的曾玲晖教授以及浙江大学心理科学研究中心葛贤亮老师等的大力支持。此外，冯翔博士、本科生赵彬涵也对本研究做出重要贡献。本研究工作受科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金重大项目等基金、浙江省自然科学基金重点项目等资助。

原文链接:

https://doi.org/10.1093/nsr/nwae082