网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Cell | 骆利群团队拆解全脑血清素系统:五大投射网络连接神经元身份与行为功能

0
分享至


撰文 |Sure

5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT) 又称 血清素 , 是一种高度保守的神经调节物质,在哺乳动物中参与奖赏、学习、焦虑、社会行为和进食等多种功能。临床上选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(selective serotonin reuptake inhibitors,SSRIs) 也广泛用于抑郁症、焦虑症等精神疾病。脑内血清素神经元主要位于背侧中缝核(dorsal raphe nucleus,DR) 和中缝正中核(median raphe nucleus,MR),虽然数量极少,但轴突几乎遍布全脑【1】。传统研究往往把DR血清素神经元作为一个整体进行激活或抑制。但近年来单细胞转录组和环路研究发现,血清素神经元具有明显异质性【2-6】。例如,投射到眶额皮层和中央杏仁核的DR血清素神经元具有不同的解剖、分子和功能特征。 因此,一系列的科学问题亟待解决:全脑血清素系统究竟由多少个投射子系统组成?哪些脑区由同一群血清素神经元共同支配?投射结构是否对应特定的转录组和空间身份?不同投射系统是否承担不同的行为功能?

近日,美国 斯坦福大学 的 HHMI研究员 、 美国国家科学院 院士 骆利群 教授领导的课题组 在 Cell 上 发表了 Resource 论文 Architecture of the serotoninergic projectome in the mouse brain 。 本研究 系统解析了 数量极少但广泛支配全脑的血清素神经元 投射 系统组成,以及这些子系统如何分别塑造不同的行为表型。


已有研究已经发现,投射到不同脑区的部分血清素神经元具有不同功能,但这些研究只覆盖整个系统的一小部分。因此作者首先需要从全脑尺度回答:血清素神经元的投射到底有没有整体组织规律。 为了回答这个问题, 作者在35个不同脑区注射 AAVretro(retrogradely transducing adeno-associated virus,逆行转导腺相关病毒),逆行标记投射到这些脑区的血清素神经元,并分析这些神经元在全脑其他区域的轴突侧支。结果发现,投射到同一脑区的血清素神经元往往具有相似的全脑侧支模式,而不同靶区之间存在明显差异。随后利用 NMF(non-negative matrix factorization,非负矩阵分解) 对全脑投射数据进行无偏分析,最终将血清素系统划分为5个主要投射组:HPC(hippocampal,海马组) 、 BG(basal ganglia,基底神经节组) 、 CTX(cortical,皮层组) 、 MI(medial interbrain,内侧间脑组) 和 BSLT(brainstem and lateral thalamic,脑干-外侧丘脑组) 。需要注意的是 这些组并不是完全互斥,不同组之间仍有部分靶脑区重叠。进一步分析还发现,不同大组内部存在不同形式的精细组织。例如BG组内部可以继续分成相对离散的亚投射系统,而CTX组更接近连续变化的投射梯度。 这些结果证明 血清素系统不是一个统一、随机扩散的投射网络,而是具有明确层级结构的系统 , 全脑尺度上存在5个主要projectomic groups,而每个组内部还能进一步表现为离散亚群或连续梯度。

接下来,作者继续分析 这些不同投射组是否对应不同类型的血清素神经元? 在分析 不同投射组神经元在DR和MR中的位置 时 , 作者 发现五组神经元虽然存在部分重叠,但具有明显的空间偏好。例如HPC组更多位于MR,而BG和BSLT组更多集中在DR特定区域。 随后,通过 结合逆行投射标记和空间转录组, 结果发现一个重要现象是: 一个转录亚型并不对应一个 投射组 。同一个转录亚型可以投射到多个系统,而同一个投射系统也可以由多个转录亚型共同组成。但即使两个神经元属于相同转录亚型,如果它们位于DR或MR中的不同空间位置,也可能具有不同投射靶点。 这就意味着 预测projectomic identity (投射组身份) 时,单独使用转录组或空间位置效果有限,而将两者结合后准确率明显提高。 这个现象也 解释了为什么传统 观点 的一个分子亚型对应一个神经环路的模型不足以描述血清素系统。

文章的最后,作者对这些不同投射系统产生的血清素功能进行剖析。 作者在不同投射组中特异删除 Tph2 (tryptophan hydroxylase 2,色氨酸羟化酶2),从而降低相应投射神经元的血清素合成,并系统检测焦虑相关行为、奖励、进食、恐惧记忆和应激反应等多种行为。结果发现,每个 投射组 都不是只控制一种行为,而是产生不同的行为组合。其中BG组最为突出:降低BG投射中的血清素后,动物表现出埋珠减少、禁食后进食增加、恐惧消退加快以及强迫游泳中不动时间减少。相比之下,CTX、MI和BSLT组在焦虑相关行为、重复行为和蔗糖偏好等方面表现出一定程度的共同变化。 在这些行为变化中,作者 还发现部分行为存在明显性别差异,即同一血清素投射系统在雄性和雌性中的效应可能不同。为了避免只依赖单一行为指标,作者进一步使用线性判别分析将多个行为整合到一个多维空间中。不同 投射组 在这个行为空间中形成不同特征,而且当作者更换同一投射组中的另一个靶脑区进行操作时,仍然可以得到相似行为特征。 这表明 真正决定行为表型的是projectomic group,而不是某一个特定注射脑区。

总的来说, 本研究通过全脑投射追踪,将中缝核血清素神经元划分为5个主要的 projectomic groups,并发现这些投射身份并非由单一转录亚型决定,而是由神经元的转录特征和中缝核空间位置共同定义。进一步的投射 组血清素功能分析发现 ,不同投射组会产生不同的多维行为表型,说明血清素系统并不是统一发挥作用,而是由多个具有不同解剖组织和功能特征的子系统共同调控行为。


原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.022

制版人: 十一

参考文献

1. Dahlstroem, A., and Fuxe, K. (1964). EVIDENCE FOR THE EXISTENCE OF MONOAMINE-CONTAINING NEURONS IN THE CENTRAL NERVOUS SYSTEM. I. DEMONSTRATION OF MONOAMINES IN THE CELL BODIES OF BRAIN STEM NEURONS.Acta Physiol. Scand. Suppl.232. SUPPL 232:1–SUPPL 23255.

2. Ren, J., Friedmann, D., Xiong, J., Liu, C.D., Ferguson, B.R., Weerakkody, T., DeLoach, K.E., Ran, C., Pun, A., Sun, Y., et al. (2018). Anatomically Defined and Functionally Distinct Dorsal Raphe Serotonin Sub-systems.Cell175, 472–487.e20.

3. Ren, J., Isakova, A., Friedmann, D., Zeng, J., Grutzner, S.M., Pun, A., Zhao, G.Q., Kolluru, S.S., Wang, R., Lin, R., et al. (2019). Single-cell transcriptomes and whole-brain projections of serotonin neurons in the mouse dorsal and median raphe nuclei.eLife8, e49424.

4. Huang, K.W., Ochandarena, N.E., Philson, A.C., Hyun, M., Birnbaum, J.E., Cicconet, M., and Sabatini, B.L. (2019). Molecular and anatomical organization of the dorsal raphe nucleus.eLife8, e46464.

5. Okaty, B.W., Sturrock, N., Escobedo Lozoya, Y., Chang, Y., Senft, R.A., Lyon, K.A., Alekseyenko, O.V., and Dymecki, S.M. (2020). A single-cell transcriptomic and anatomic atlas of mouse dorsal raphe Pet1 neurons.eLife9, e55523.

6. Okaty, B.W., Commons, K.G., and Dymecki, S.M. (2019). Embracing diversity in the 5-HT neuronal system.Nat. Rev. Neurosci.20, 397–424.

学术合作组织

(*排名不分先后)



战略合作伙伴

(*排名不分先后)

推荐直播

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章,欢迎个人转发分享,未经允许禁止转载,所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利,违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘


点击主页推荐活动

关注更多最新活动!


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
刘强东硬刚抖音,引爆全网!

刘强东硬刚抖音,引爆全网!

大佬灼见
2026-10-19 22:42:34
轰动全国的“91大神”庭审细节曝光,炸翻无数人

轰动全国的“91大神”庭审细节曝光,炸翻无数人

鸣金网
2026-10-18 14:17:30
杨立昆吐槽特斯拉新车Roadster不实用,马斯克回怼“放屁”

杨立昆吐槽特斯拉新车Roadster不实用,马斯克回怼“放屁”

IT之家
2026-10-20 15:55:06
20升桶装可乐惊现国外超市,陈震当场看傻,网友:能喝到过年!

20升桶装可乐惊现国外超市,陈震当场看傻,网友:能喝到过年!

小鹿姐姐情感说
2026-10-21 04:29:45
高速电子屏提示“应急道可用”,司机借用却被罚200元扣6分;江苏交警:山东高速误导司机;山东交警:管不上江苏的路

高速电子屏提示“应急道可用”,司机借用却被罚200元扣6分;江苏交警:山东高速误导司机;山东交警:管不上江苏的路

大风新闻
2026-10-20 22:58:08
完全合规!萧华:詹姆斯使用赞助商直升机没问题 球队不参与就不违规

完全合规!萧华:詹姆斯使用赞助商直升机没问题 球队不参与就不违规

罗说NBA
2026-10-21 04:41:45
“浑身都是放纵的痕迹!”母亲晒儿子大学三年变化,连面相都变了,家长认为责任在学校,网友们痛斥

“浑身都是放纵的痕迹!”母亲晒儿子大学三年变化,连面相都变了,家长认为责任在学校,网友们痛斥

蝴蝶花雨话教育
2026-10-20 00:05:15
问界被曝采用博世智驾!

问界被曝采用博世智驾!

电动内参
2026-10-20 22:57:48
南太行失联女子找到!遗体掉停车场水沟,遇难全程曝光,处处诡异

南太行失联女子找到!遗体掉停车场水沟,遇难全程曝光,处处诡异

晓徙娱乐
2026-10-20 13:48:26
特朗普愤怒至极,再次要求泽连斯基下台!

特朗普愤怒至极,再次要求泽连斯基下台!

山河路口
2026-10-20 20:45:27
上海二手挂牌开始反常

上海二手挂牌开始反常

魔都财观
2026-10-21 07:42:44
强制社保,可能会导致大规模失业

强制社保,可能会导致大规模失业

木蹊说
2026-10-20 23:20:06
罕见立案!刘国梁事件持续升级!国际乒联正式调查!25岁孙颖莎紧急发文“切割”!国乒大整顿来了,一个都逃不掉

罕见立案!刘国梁事件持续升级!国际乒联正式调查!25岁孙颖莎紧急发文“切割”!国乒大整顿来了,一个都逃不掉

篮球热嗖
2026-10-20 10:53:26
《全明星》女星自剪浏海失手了!半夜崩溃PO大哭图:超丑根本恶梦

《全明星》女星自剪浏海失手了!半夜崩溃PO大哭图:超丑根本恶梦

ETtoday星光云
2026-10-19 10:43:02
《沈阳大东“6·17”较大道路交通事故调查报告》公布,7人被移交纪委监委

《沈阳大东“6·17”较大道路交通事故调查报告》公布,7人被移交纪委监委

界面新闻
2026-10-20 17:52:02
随着马竞1-1、巴萨2-4、曼城5-1、利物浦4-3,欧冠最新积分榜出炉

随着马竞1-1、巴萨2-4、曼城5-1、利物浦4-3,欧冠最新积分榜出炉

侧身凌空斩
2026-10-21 05:08:00
披旭日旗留学生为何激起公愤?还有哪些劣迹?

披旭日旗留学生为何激起公愤?还有哪些劣迹?

上游新闻
2026-10-20 13:40:12
女子被流浪狗咬伤,几分钟后狗莫名死亡;她后怕称“发现狗状态不对劲还贸然上前太鲁莽”;专家提醒:被咬伤后应该马上做这些

女子被流浪狗咬伤,几分钟后狗莫名死亡;她后怕称“发现狗状态不对劲还贸然上前太鲁莽”;专家提醒:被咬伤后应该马上做这些

蓬勃新闻
2026-10-21 06:32:14
物理AI最稀缺的一环,被这家公司押中

物理AI最稀缺的一环,被这家公司押中

脑极体
2026-10-20 18:02:11
金正恩携爱女公开露面 破“生病”谣言

金正恩携爱女公开露面 破“生病”谣言

台州交通广播
2026-10-20 10:51:47
2026-10-21 09:35:00
BioArt incentive-icons
BioArt
探索生物艺术之奥秘
11441文章数 18547关注度
往期回顾 全部

科技要闻

马斯克确认SpaceX与特斯拉讨论合并

头条要闻

高速电子屏提示"应急道可用"司机借用却被罚 两省回应

头条要闻

高速电子屏提示"应急道可用"司机借用却被罚 两省回应

体育要闻

巴拉克:天生亚军与漫长极夜

娱乐要闻

刘恺威承认新恋情,打球认识

财经要闻

日赚近5亿的长鑫,股价却跌掉了15000亿

汽车要闻

黑科技一次看全 2026奇瑞全球创新大会干货汇总

态度原创

旅游
艺术
游戏
公开课
军事航空

旅游要闻

陕西“小庙”不简单,看着平平无奇,实则来头不小!还藏皇帝御笔

艺术要闻

谁敢信?63岁大爷的油画竟被选进美院教材,质感强到像要溢出屏幕!

R星为《GTA6》NPC系统研发十余年 将达到全新水准

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

特朗普狠批泽连斯基"不想结束战争" 泽连斯基强硬回怼

无障碍浏览 进入关怀版