作為中腦皮層邊緣回路中的主要區域，腹側被蓋區（VTA）參與調節與獎賞相關的動機、厭惡和認知行為。VTA區的谷氨酸能神經元會投射至腹側紋狀體（NAc）、外側僵核或者腹側蒼白球，其中VTA中包含多巴胺能、GABA能、谷氨酸能神經元等多種類型的神經元[1-2]。實驗表明，光遺傳學激活VTA谷氨酸能神經元除了會引起獎賞相關的強化行為之外，還能引起回避行為，但其具體的機制尚不清楚[3-4]。
近期神經科學領域著名期刊Neuron上刊發了加州大學圣地亞哥分校Thomas S. Hnasko實驗室題為Mesoaccumbal glutamate neurons drive reward via glutamate release but aversion via dopamine co-release的研究工作，揭示了VTA-NAc神經環路可同時引起獎賞和厭惡行為的機制，闡明了VTA谷氨酸神經元釋放的谷氨酸具有積極的強化作用，但VTA谷氨酸神經元釋放的多巴胺引發回避行為的現象[5]。
由于谷氨酸能神經元會同時釋放谷氨酸和多巴胺，為控制單一變量，研究者們首先對谷氨酸和多巴胺的釋放進行了干預。他們通過向VTA注射AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgROSA26 (對照組), AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgVGLUT2（谷氨酸敲低組）, AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgTh（多巴胺敲低組）病毒（圖1A，B），使用CRISPR-Cas9技術結合VGLUT2:Cre工具小鼠分別特異性敲除VTA興奮性神經元的VGLUT2和TH（合成多巴胺的酪氨酸羥化酶），實現特異性降低谷氨酸或多巴胺的釋放（圖1E-H）。
圖1. CRISPR-Cas9技術結合Cre動物實現對多巴胺和谷氨酸的特異性干預
先前的研究表明，老鼠會通過捅鼻子來獲得VTA谷氨酸神經元的光遺傳學刺激，并產生偏好性強化[3]，該實驗為顱內自刺激觸鼻實驗（圖2A-C）。于是研究者們在特異性敲低谷氨酸和多巴胺的動物上重復顱內自刺激觸鼻實驗，并對其行為進行觀察。研究結果顯示，敲低谷氨酸后小鼠觸碰激活按鈕次數明顯減少，且不表現出偏好性，說明谷氨酸可能介導了VTA腦區興奮性神經元編碼正向強化的過程（圖2D-G）。
為監測VTA中谷氨酸對回避行為的作用，研究者們同樣借助CRISPR-Cas9技術結合VGLUT2:Cre工具小鼠特異性敲除VTA興奮性神經元的VGLUT2敲低谷氨酸的釋放，并觀察條件性厭惡實驗模型中小鼠的行為（圖3A）。結果顯示敲低谷氨酸后（圖中的sgVGLUT2組）小鼠對有光刺激一側的偏好性并不受影響，因此說明VTA谷氨酸能神經元釋放的谷氨酸并不參與調控厭惡行為（圖3B-F）。
圖2. 谷氨酸調控VTA-NAc介導的正向強化行為
圖3. 谷氨酸不調控VTA-NAc介導的厭惡行為
接下來研究者們對VTA興奮性神經元中多巴胺的作用進行了研究。研究者們同樣用CRISPR-Cas9技術向VGLUT2:Cre小鼠的VTA注射AAV1-FLEX-SaCas9-U6-sgTh病毒敲低VTA區多巴胺的釋放。在可以反映強化行為的顱內自刺激觸鼻實驗中，敲除多巴胺的動物并沒有表現出對激活按鈕的偏好，說明僅敲低多巴胺不影響VTA-NAc介導的正向強化行為。但同時敲低多巴胺和谷氨酸的組對激活按鈕的偏好消失了，說明谷氨酸參與介導正向強化行為（圖4E-G）。
研究者們同樣還研究了多巴胺對回避行為的作用。在條件性厭惡實驗中，敲低多巴胺組和同時敲低多巴胺和谷氨酸組的動物沒有表現出對地點的回避與偏好（圖4H-I），但敲低多巴胺組的動物進入激光一側的次數增加（圖4J-K）。這些結果表明VTA谷氨酸能神經元的多巴胺共釋放介導了回避行為，而谷氨酸則促進正性強化行為。
圖4. VTA多巴胺雨谷氨酸共釋放介導回避行為
綜上，這項研究表明VTA谷氨酸神經元通過釋放谷氨酸促進正性強化，同時通過多巴胺和谷氨酸的共釋放誘發回避行為。這一證據進一步突顯了VTA在正向強化過程中的貢獻并擴展了領域內對于共釋放群體中神經遞質特定角色的理解，對于理解涉及強化和回避行為的疾病具有深刻的意義。
參考文獻…
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