原文题目：Transcriptomics reveals amygdala neuron regulation by fasting and ghrelin thereby promoting feeding
通讯作者：RÜDIGER KLEIN HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-3109-0163
隶属单位：马克斯-普朗克生物智能研究所分子-信号传导-开发系
DOI：10.1126/sciadv.adf6521
喂养行为的中枢神经系统调节控制基本的能量需求，并分别满足与进食相关的快乐，分别称为稳态和享乐喂养。经典观点认为，控制稳态喂养的大脑回路主要位于下丘脑，而享乐喂养由边缘和奖励系统控制，包括海马体、杏仁核、前额叶皮层 （PFC）、伏隔核 （NAc） 和腹侧被盖区（VTA）。最近的观点是，每当食用食物时，控制稳态和享乐喂养的大脑回路都会活跃。每个回路的相对参与可能取决于食物的适口性和动物的生理状态。
在本报告中，研究人员描述了成人CeA中GABA能细胞簇的转录组分类。研究人员总共确定了九个细胞簇，其中六个之前已经进行了功能分析。根据先前的文献，两个细胞簇（CeC卡尔和 CeLPKCδ）主要与厌恶行为相关，而四个簇（CeLNTS/Tac2， CeLSst， CeMIl1Rapl2和 CeMTac1/SST）主要（但不完全）与食欲行为有关。定义Htr2a先前显示促进进食的神经元被发现包含三个开胃（和一个未表征）细胞簇。研究人员继续探索食欲CeA神经元如何被生理激活，并使用Htr2a-Cre动物进行功能分析。c-Fos 染色、电生理切片记录和体内钙成像显示，开胃的 CeAHtr2a神经元通过食物的存在和禁食动物被激活。禁食已知诱导内源性生长素释放肽，研究人员证实禁食后增加食物消费需要内源性生长素释放肽信号。在这里，研究人员发现生长素释放肽给药激活了CeAHtr2a体外和体内神经元。此外，生长素释放肽的作用似乎直接针对CeAHtr2a神经元及其兴奋性输入，以及CeA的活性Htr2a神经元是生长素释放肽的成矿作用所必需的。研究人员的研究结果进一步表明，对禁食和生长素释放肽有反应的食欲CeA神经元投射到PBN，导致对靶PBN神经元的抑制。最后，研究人员发现一部分假定的食欲CeA神经元表现出动态和双向的基因表达变化，以响应提示突触部位可塑性的禁食。这些发现增强了研究人员对CeA细胞类型多样性以及CeA细胞群在食物消费激素调节中的作用的理解。
通过研究人员的snRNA-seq分析鉴定的四个食欲细胞簇在很大程度上与先前使用单分子标记的工作相匹配，尽管一些问题仍未得到解答。在 CeL 中，研究人员发现了两个用 Sst 表达式标记的簇：CeLSst簇，包含最大和表达最高的 Sst 阳性神经元群体，以及 CeLNTS/Tac2簇，包含低表达的 Sst 阳性细胞。这与CeA（以前的观察结果和最近的单细胞转录组学研究一致。这两个簇的光遗传学操作分别表明两者都驱动食欲行为。与这种概念一致，富集在CeL中的NTS阳性神经元NTS/Tac2簇先前被证明可以促进可口液体的消耗。然而，CeL中的Sst阳性神经元的整个群体也可以在恐惧条件反射期间经历突触增强并促进条件冻结行为。同样，主要包含在食欲CeL中的促肾上腺皮质激素释放因子（CRF或CRH）神经元NTS/Tac2集群和在有点稀疏的CeM群体被证明对恐惧学习和主动恐惧反应。因此，Sst和CRH阳性神经元是否比转录组所暗示的更具异质性，并且由食欲和厌恶神经元组成，或者，每个神经元是否可以参与更广泛的方法和防御行为，仍然是一个悬而未决的问题。未来的研究将不得不探索不同CeA人群的特异性或普遍性。
研究人员的转录组图谱将PKCδ神经元分成两个簇：一个在CeL（PKCδ），一个在CeC（Calcrl）。这一结果与最近的转录组学研究和以前的基因表达分析一致。两个 CeLPKCδ和 CeC卡尔神经元先前被证明参与防御行为。最近，PKCδ阳性神经元也与食欲/情感行为。未来的工作需要整理这些看似不一致的观察结果。此外，研究人员发现了三个以前未表征的CeM星团（CeMVdr， CeMDrd2/Rai14和 CeMDlk1）可以作为对CeA这一研究不足的次区域进行全面功能分析的起点。
图 4：生长素释放肽需要表达血清素受体 2a （Htr2a） 的神经元 （CeAHtr2a）以增加食物摄入量
这项研究还揭示了生长素释放肽对食欲CeA神经元的有趣激素调节。研究人员的电生理记录表明，生长素释放肽可以直接作用于投射到PBN的CeA神经元（因为生长素释放肽增加了对PBN神经元的抑制）及其兴奋性输入以增加CeA神经元的兴奋性。这一观察结果将CeA添加到下丘脑外生长素释放肽靶标列表中，包括VTA，NAc，海马体和BLA。从机制上讲，生长素释放肽可能通过GHSR和/或阿片类药物途径起作用，可能通过受体的异构化或下游信号通路。CeA中阿片受体的激活已被证明可以增加食物摄入量，并且生长素释放肽对肠易激综合征具有抗伤害感受作用，具体取决于阿片类药物系统。因此，研究人员观察到生长素释放肽诱导的喂养受到阿片受体抑制剂纳洛酮的强烈抑制，这可能是进一步研究的一个有趣的话题。
体内钙成像揭示了多种方式，使CeA开胃Htr2a神经元被激活。研究人员发现，在饱腹小鼠中，食物的存在增加了大多数CeA的活性。Htr2a神经元，尽管食物消耗很少。在没有食物的饱腹状态下，外源性生长素释放肽增加CeAHtr2a神经元活动，在食物存在的情况下，CeAHtr2a神经元活动与喂养密切相关。这支持了这样一种观点，即这种细胞亚群与通过正价机制调节食物消耗有关。结果进一步表明，生长素释放肽使这些细胞易感进食过程。如前所述，生长素释放肽可能通过增强对食物相关线索的奖励和激励反应来促进食物消费。禁食将更多的细胞招募到活性集合中，类似于生长素释放肽注射，这表明禁食时释放的内源性生长素释放肽也会产生类似的效果。CeA的活动Htr2a神经元是生长素释放肽的成矿作用所必需的，只有当给予饱腹的，不饥饿的小鼠时，与这个过程驱动感官知觉或喂养的乐趣。总之，这些发现提出了一个可口食物参与CeA的模型。Htr2a神经元。动物越饿，食物就越可口。随着禁食期间生长素释放肽水平升高，CeAHtr2a神经元被激活并有助于适口性引导的喂养过程。
图 6：生长素释放肽激活中央杏仁核 （CeA） 神经元抑制臂旁核 （PBN） 并诱导进食
在微电路水平上，研究人员的结果表明，禁食和外源性生长素释放肽激活了投射到PBN的CeA神经元，导致超极化并抑制其下游PBN靶标。CeA→PBN投影仪的化学抑制，主要由CeA组成Htr2a神经元（6），部分阻断生长素释放肽诱导的食物摄入。CeA参与的PBN神经元的身份Htr2a神经元仍有待阐明。研究人员发现禁食诱导特定CeA神经元簇的基因表达变化，在CeL中最为明显和双向NTS/Tac2簇。这些结果让人想起下丘脑喂养回路，其中食欲AGRP神经元在禁食后比抑制食欲的原阿片黑色皮质素（POMC）神经元经历更广泛的基因表达变化。差异表达基因（DEG）的类型与食欲CeA神经元相似，与突触蛋白，激酶和离子通道的改变有关。例如，研究人员发现间变性淋巴瘤激酶（Alk）表达在CeL中下调NTS/Tac2禁食小鼠中的神经元，该基因的基因缺失先前已被证明导致瘦弱动物对饮食和瘦素突变诱导的肥胖具有抵抗力，主要作用于下丘脑。控制CeL中突触可塑性的基因的上调和下调NTS/Tac2禁食时的细胞（向上：DAPK1，CYFIP1，TANC1;向下：PDLIM5，MICAL2）与食欲神经元修改其结构以接收更多兴奋性突触的模型一致，如在电生理记录中观察到的那样。禁食还增加了AGRP神经元，这一观察结果在食欲CeA神经元中平行。生长素释放肽可能是其中一些基因表达变化的介质，如AGRP神经元所示。生长素释放肽还诱导脊柱生长和突触可塑性在海马或下丘脑。研究人员的结果还显示，CeA的脊柱密度增加。Htr2a禁食时神经元，与CeL中DE基因的变化相关NTS/Tac2簇。
图7：识别与大脑状态相关的差异基因表达
总之，研究人员的转录组学分类法说明了CeA神经元的多样化，并显示了CeA中食欲神经元的活动如何受到内感受线索（禁食和生长素释放肽）和食物存在的调节。开胃菜Htr2a神经元对于生长素释放肽的成矿作用至关重要。它们投射到PBN上，导致靶PBN神经元受到抑制。研究人员的研究结果揭示了CeA在生长素释放肽系统调节摄食行为中以前未确定的作用。此外，研究人员的研究结果为进一步研究特定的CeA神经元群体如何与享乐和稳态喂养回路相互作用，以及情绪状态，食物摄入和奖励之间的相互作用奠定了基础。最后，CeA神经元和微电路的故障可能是病理性饮食行为的基础。
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