原文题目：短期急性强光暴露通过视网膜ipRGC-CeA电路在小鼠中诱导长期的抗焦虑作用
通讯作者：XIONG-LI YANG
隶属单位：复旦大学脑科学研究所
DOI：10.1126/sciadv.adf4651
焦虑症是最普遍的精神障碍，影响全球人口的7.3%，而焦虑本身是所有物种的有益适应性反应，可以评估潜在威胁并保持生物体警觉以提高生存率。越来越多的证据表明，照明条件可以显着调节焦虑水平。例如，早年夜间暴露在昏暗的光线下会导致成年小鼠的焦虑样行为;同时，减少2周的日间照明对昼夜大鼠有抗焦虑作用。除了上述慢性影响外，一些研究还揭示了在强光暴露期间急性诱导的焦虑样症状，其特征是进入开放竞技场的潜伏期更长，大鼠防御性戒断测试中的进入次数较少，并且在小鼠的开放场地测试（OFT）中中心的时间突然减少。然而，目前尚不清楚这种抗焦虑作用是否会延长，即使在消除光照后仍然存在，如果是这样，这种暴露后焦虑样行为可以持续多长时间以及它背后的视觉回路。
除了视杆和视锥光感受器之外，检测环境照明水平的视网膜神经节细胞（RGC）的一小部分，称为固有光敏RGC（ipRGC），由于表达独特的光色素，黑视蛋白可以直接被光激发。最初，ipRGCs被发现参与所谓的非图像形成（NIF）视觉功能，例如昼夜节律的光调节和瞳孔光反射，但随后的研究表明，ipRGCs投射到广泛的大脑目标，调节各种非视觉功能，如体温，睡眠和唤醒， 学习，记忆表现，以及包括焦虑在内的情感行为。具体来说，ipRGCs支配几个大脑区域，这些区域被证明是焦虑的基础，例如外侧habenula，终纹的床核（BNST）和中央/内侧杏仁核。此外，在具有化学遗传选择性激活ipRGCs的小鼠中观察到类似焦虑的行为。总之，这些结果支持ipRGCs参与光诱导的焦虑样行为。
在这项研究中，我们发现用短期（57分钟）急性强光暴露治疗的C6BL / 25小鼠表现出类似焦虑的行为，可以在暴露终止后至少观察到20分钟。实验进一步表明，这种类似焦虑的行为是由黑视蛋白驱动的ipRGC对中央杏仁核（CeA）的输入增加驱动的，并且与上调的皮质酮（CORT）系统活性有关。这种反应使动物在遇到与高环境照明水平相关的潜在威胁时能够长时间保持警觉，从而最大限度地降低风险并帮助生存。
在这项研究中，我们发现短期的强光照射会诱发长时间的焦虑样行为，这主要是由黑视蛋白驱动的ipRGC活性介导的。因为两只遗传缺陷小鼠rd/rd cl和Opn4−/−，可能有视觉回路的发育重组，增加了数据解释的难度，在接受MNU/SAP治疗的成年WT C57BL / 6小鼠上也进行了相同的行为实验。从遗传和药理学操作的小鼠获得了高度可比的结果。
焦虑样行为只能由高强度光诱导，但非常持久，持续时间甚至比光照更长。这些特征可能来自黑视蛋白介导的光反应的有据可查的特征，具有相当高的光阈值和持久的时间进程，尽管延长的特征也可以归因于某些生化效应，例如由CORT介导的那些。有趣的是，其他一些需要持续光照的NIF视觉功能，如光厌恶，瞳孔光反射的持续阶段和维持光诱导睡眠，总是与黑视蛋白信号有关。
在小鼠中表征了具有不同结构功能特征的六种ipRGC亚型。介导本研究中观察到的抗焦虑作用的确切ipRGC亚型尚未确定。在化学遗传学操纵的黑暗群体中看到的焦虑样反应Opn4Cre/+小鼠可能是由于任何亚型的激活，考虑到hM3Dq（Gq）-在这些小鼠中介导的ipRGCs的激活似乎不偏向于特定的亚型。同时，通过SAP治疗消除焦虑样行为的结果表明，它们可能是由M1至M3亚型的激活引起的，因为这种免疫毒素是基于优先靶向这三种亚型的抗体制成的，具有相对较高的黑视蛋白表达。能够操纵特定ipRGC亚型的转基因小鼠和遗传工具可用于解决此问题。然而，M1s主要由黑视蛋白光转导驱动，而M2s和M3s的光响应主要由杆/锥输入介导。鉴于单独失去黑视蛋白可以消除光诱导的抗焦虑作用，因此合理地认为M1是我们观察到的抗焦虑作用的关键ipRGC亚型，尽管M2和/或M3s也可能参与。另一方面，可能是中枢神经元能够根据其独特的光敏性、光谱灵敏度、响应动力学等，将黑视蛋白信号与杆/视锥细胞信号区分开来，两者都通过 ipRGC 路由。例如，最近的一项研究表明，黑视蛋白信号在眼睛生长过程中特异性地调节眼轴变化，而ipRGCs的视杆/锥细胞信号主要有助于角膜发育。
请注意，在MNU处理的动物中，光组的中心时间（OFT）和进入张开双臂（EPM）的数量与深色组的进入次数没有统计学差异。同样，在rd / rd cl小鼠中，进入中心（OFT）的数量不会因光照而改变。虽然这些结果可能只是反映了测试之间的变异性，但它们也可能归因于杆/锥光感受器的影响相对较小。同时，发现~20%的CeA投影RGCs在Opn4Cre/+;Ai14小鼠。这些细胞很可能是传统的RGC，并且可能构成光诱导的焦虑样行为的另一个（尽管不太重要）视网膜管道。
通过hM4Di / CNO引发的CeA化学遗传抑制几乎完全抑制光诱导的焦虑样行为的结果，证明了该大脑区域在这种抗焦虑作用中的关键作用。应该强调的是，不能排除与焦虑相关的其他ipRGC支配区域（例如BNST和vLGN）的参与。众所周知，CeA和其他大脑区域之间存在复杂的相互作用。此外，由于ipRGCs具有不同的靶点，CeA投影ipRGC的化学遗传激活可能导致调节焦虑水平的其他区域的激活。 值得注意的是，主要昼夜节律起搏器SCN是ipRGC的主要靶标之一，其响应我们的光暴露范式表现出高c-Fos表达，最近被发现调节小鼠的焦虑相关行为。此外，据报道，PER2蛋白在CeA中的昼夜节律表达由SCN的输入以及激素/神经化学昼夜节律改变控制。因此，ipRGC-SCN电路可能是本研究中观察到的光诱导抗焦虑效应的另一种基于昼夜节律的机制，无论是以单独的方式还是协同方式。更精妙的方法可以更清楚地说明这个问题。
尽管ELISA显示血清和CSF CORT水平均无显着变化，但在光脉冲暴露后，CeA和BNST中GR的蛋白质水平和GR的磷酸化显着增加，强烈表明CORT系统可能参与其中。结果显示通过皮下注射特异性GR拮抗剂RU486完全消除了延长的抗焦虑作用，进一步加强了这种可能性。虽然先前的研究揭示了中枢神经系统不同区域的快速GR表达，但观察到的快速GR水平增加的机制以及它如何解释抗焦虑作用仍有待进一步探索。由CORT介导的活动，一种压力荷尔蒙，可能持续很长时间，因此负责光的后效应，如本研究所观察到的。
从进化的角度来看，焦虑是一种适应性功能，促使动物评估面对的威胁并以适当和及时的方式做出反应。对于老鼠，一种夜间活动的动物，突然暴露在强光下总是表明危险即将到来的情况，例如失去庇护所和出现火灾。在某些情况下，危险迹象的暂时消失并不一定意味着它的完全消失。在这种情况下，适当“延迟”消除焦虑状态，就像本研究中观察到的暴露后抗焦虑作用一样，可能会进一步减少暂时看不见的威胁的攻击，从而带来生存优势。
有趣的是，光脉冲暴露没有调节抑郁样行为，另一类与焦虑样行为密切相关的情绪相关效应，尽管夜间的慢性和急性光都会引发抑郁样表型。尾部悬架试验（TST）和强迫游泳试验（FST）的结果，这是评估抑郁样行为的两种标准行为范式，在C57BL / 6小鼠的独立队列中显示，在0勒克斯光脉冲处理的小鼠中，TST和FST的固定持续时间与暗组没有显着差异。即使在3000勒克斯光脉冲之后，TST和FST的固定持续时间也几乎没有变化。
已经表明，短暂的光照暴露于夜行动物会急性诱导运动抑制和睡眠。这似乎与我们在光脉冲治疗小鼠中观察到的焦虑样反应增加（通常被认为与增强的唤醒而不是睡眠有关）不一致。即使在25分钟的光照期间，也没有观察到明显的睡眠促进作用的迹象;相反，观察到增加的唤醒/焦虑。这可能是因为我们选择在低稳态睡眠压力小鼠的夜间活动期（ZT14至ZT17）应用光照。此外，这可以通过最近发现的光在调节小鼠睡眠中的复杂作用来解释：蓝光（470nm）引起行为唤醒，而绿光（530nm）产生睡眠诱导。本研究中使用的光脉冲由6500-K光源提供，其发射光谱包含比“绿色”成分更多的“蓝色”成分;因此，总体效果是促进唤醒/警觉，但不是诱导睡眠。
在这项研究中获得的小鼠结果是否易于适用于昼夜人类还有待进一步研究。然而，急性光照对人类的警觉性和脑电图有直接影响。强光照射也可能代表对人类的潜在威胁（例如，火灾和天气变化）。因此，人类神经系统很可能也发展出一种机制，控制小鼠在进化过程中光诱导的类似焦虑行为的类似物。鉴于人工照明在人类环境中的应用越来越多，这种机制可能会导致“不必要的”焦虑，导致病理状况。我们的研究结果可能会激发未来的研究，重点关注人类患者病理性后光效应的机制和干预策略。
DOI:https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adf4651
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