题目: 应激诱导的红核衰减诱发焦虑样行为和淋巴结 CCL5 分泌
DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42814-1 (opens new window)
Cite: Shi, DD., Zhang, YD., Zhang, S. et al. Stress-induced red nucleus attenuation induces anxiety-like behavior and lymph node CCL5 secretion. Nat Commun 14, 6923 (2023).

作者介绍：

wangzhen
Shanghai Jiao Tong University
wangzhen@smhc.org.cn

Abstract:

先前的研究推测，大脑活动可直接调控淋巴器官的免疫反应。然而，控制淋巴器官的上游脑区及其如何与淋巴器官相互作用以引发压力诱导的焦虑样行为仍不清楚。通过对受压人群和大鼠模型的研究，我们发现，与对照组相比，受压个体的 CCL5 水平升高。压力诱导的 CCL5 主要由颈淋巴结（CLN）产生。对 CLN 进行逆行追踪后，我们鉴定出红核（RN）中的谷氨酸能神经元，其活动与 CCL5 水平及雄性大鼠的焦虑样行为密切相关。消融或化学遗传学抑制 RN 谷氨酸能神经元会增加焦虑水平，并提升血清和 CLN 中的 CCL5 表达，而药理遗传学激活这些神经元可在束缚应激后降低焦虑水平和 CCL5 合成。化学遗传学抑制初级运动皮层到 RN 的投射会引发焦虑样行为并促进 CCL5 合成。该大脑-淋巴结轴揭示了淋巴结组织作为压力响应性内分泌器官的作用。

Results:

Figure 1: Mental health outcomes and immune mediators of stressed individuals.

Figure 1. 压力个体的心理健康结果和免疫介质。

(a) 压力期流程图及压力个体的血液采集。
(b) PHQ9 分数
(c) GAD7分数
(d) PCL - 5 分数
(e) 压力个体的SRQ -20 分数。
(f-o) 离开压力环境 1 个月后，压力个体的血浆 MCP-1、CCL5 水平、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、TGF-α、TNF-α、BDNF 和皮质醇。
(p、q) 6个月后和 1 年后压力个体的血浆 CCL5 和皮质醇水平。

Figure 2: Acute restraint stress led to anxiety-like behavior and a sharp increase in CCL5 in rats.

Figure 2. 急性束缚应激(RS)导致大鼠出现焦虑样行为和 CCL5 急剧增加。

(a) 大鼠的时间轴和行为范式示意图。
(b) 在旷场测试中，对照组大鼠和 RS 组大鼠移动的距离没有差异。
(c) 在旷场测试中， RS组大鼠在中心区域移动的距离明显低于对照组大鼠。
(d) 在旷场测试中，RS 组大鼠在中心区域花费的时间明显低于对照组大鼠。
(e) 在高架十字迷宫测试中， RS组大鼠的开臂比率低于对照组大鼠。
(f) 应激大鼠和对照组组织中 CCL5 的倍数变化。
(g) 切除CLN 的大鼠的时间线和行为范式示意图。
(h) 在旷场测试中，假手术大鼠和切除 CLN 的大鼠移动的距离没有差异。
(i) 在旷场测试中，切除 CLN 的大鼠在中心区域停留的时间明显多于假手术大鼠。
(j) 切除 CLN 的大鼠的开臂比率趋势高于假手术大鼠。
(k) 用ELISA法测定两组大鼠不同时间血清CCL5水平。束缚应激导致假手术组和CLN切除组大鼠CCL5表达急剧增加，但假手术组大鼠CCL5水平明显高于CLN切除组大鼠。
(l,m) 流式细胞术分析对照组和束缚应激治疗组大鼠 CLN 中不同 T 细胞群的频率和绝对数量。
(n,o) 对照和束缚应激治疗大鼠颈淋巴结中 CD8 记忆细胞的流式细胞术分析。
(p) 热图显示对照和 RS 治疗大鼠颈部淋巴结中的差异表达基因。
(q) 火山图显示对照和RS大鼠颈部淋巴结中的 DEG 数量。
(r) 成年大鼠颈部淋巴结中 DEG 的功能注释。
(s) 热图显示编码翻译起始因子和核糖体基因的 DEG 的表达。

Figure 3: Identification of a cluster of RN glutamatergic neurons upstream of CLNs.

Figure 3. 识别 CLN 上游的 RN 谷氨酸能神经元簇。

(a) 大鼠 PRV CLN 注射的示意性时间线和范例。
(b) 识别CLN 上游的 RN 谷氨酸能神经元簇。
(c) 投射到 CLN 的细胞中有 89.7% 是 vGlut1 +细胞。
(d) 在对照组（黑色）和 RS（红色）大鼠的 RN 谷氨酸能细胞的全细胞记录过程中施加的幅度增加的电流步骤。
(e) 去极化电流步骤在 RS 动物记录的神经元中引起的动作电位比对照动物少。
(f-i) 谷氨酸能细胞在对照和 RS 大鼠中表现出不同的内在特性。f 阈电流，g 饱和电流，h 电压阈值，i 膜电位。

Figure 4: Neuronal activity dysfunction in the RN glutamatergic neurons of control and RS rats.

Figure 4. 对照组和 RS 大鼠的 RN 谷氨酸能神经元的神经元活动功能障碍。

(a) 纤维光测记录系统示意图，记录来自 RN-GCaMP6 大鼠 的 Ca²⁺ 瞬变信号。
(b) 纤维植入 GCaMP6 标记的 RN 谷氨酸能神经元 的示意图。
(c) RN 谷氨酸能神经元的 GCaMP6 信号 与大鼠在开放场实验中探索中央区域的行为进行对齐。 黑色曲线：对照组, 红色曲线：应激组, 灰色区域：表示大鼠位于中央区域的时间段。
(d) 对照组与应激组大鼠的平均荧光信号差异。应激组大鼠的平均荧光信号显著低于对照组。
(e,f) RN 谷氨酸能神经元对探索行为的响应热图。
(g,h) 探索行为期间 RN 谷氨酸能神经元的平均钙信号。
(i) 探索行为引起的钙信号变化的定量分析。

Figure 5: Inhibiting or ablating RN glutamatergic neurons triggered anxiety-like behavior and an increase in CCL5.

Figure 5. 抑制或消融 RN 谷氨酸能神经元会引发焦虑样行为和 CCL5 增加。

(a) 示意图显示了双侧向红核（RN）注射AAV-CaMKII-hM4D(Gi)-mCherry。
(b) 记录hM4Di感染的代表性神经元在CNO灌注（10 mM）前、中和后的电流诱发动作电位。
(c) 抑制RN谷氨酸能神经元对成年大鼠的运动能力无影响，但减少了开放场实验（OFT）中在中央区域停留的时间。
(d) 抑制RN谷氨酸能神经元导致开放臂比例和进入频率下降的趋势。
(e) 在CNO注射后，hM4Di大鼠的血清CCL5水平增加，而对照组无明显变化。
(f) 示意图显示双侧共注射AAV-CaMKII-Cre-GFP和AAV-EF1α-DIO-taCasp3-TEVP进入RN。
(g) 消融RN谷氨酸能神经元增加了成年大鼠的焦虑水平，其在OFT中央区域的停留时间减少。
(h) DIO-taCasp3大鼠在高架十字迷宫（EPM）实验中在开放臂停留的时间少于对照组。
(i) 消融RN谷氨酸能神经元导致血清CCL5水平相比对照组增加。
(j) 示意图显示双侧向RN注射AAV-CaMKII-hM3D(Gq)-mCherry。
(k) 记录hM3Dq感染的代表性神经元在CNO灌注（10 mM）前、中和后的电流诱发动作电位。
(l) 激活RN谷氨酸能神经元对成年大鼠的运动能力无影响，但增加了OFT中央区域的停留时间。
(m) 激活RN谷氨酸能神经元增加了EPM实验中开放臂比例和进入频率。
(n) 在CNO注射后，hM3Dq应激处理大鼠的血清CCL5水平降低，而RS大鼠无明显变化。

Figure 6: Inhibiting the M1-RN pathway induced anxiety-like behavior.

Figure 6. IREA 抑制M1-RN通路引起焦虑样行为。

(a) 左图：向 M1 注射 AAV1-hSyn-Cre，向 RN 注射 AAV-CaMKII-DIO-GCaMP6。右图：RN 中 GCaMP6⁺ 神经元的代表性共聚焦图像。
(b,c) 热图显示控制组和 RS 处理组大鼠 RN 谷氨酸能神经元在 OFT 探索行为中诱发的 Ca²⁺ 信号变化。
(d,e) 控制组和 RS 处理组大鼠的平均响应（黑色和红色曲线表示探索行为期间的平均钙信号，灰色和红色区域表示 SEM）。
(f) 控制组和 RS 处理组大鼠对探索行为的钙信号变化量化分析。
(g) 左图：向 M1 注射 AAV1-hSyn-Cre，向 RN 注射 AAV-CaMKII-DIO-hM4Di-mCherry。右图：RN 中 hM4Di⁺ 神经元的代表性共聚焦图像。
(h) 代表性 hM4Di 感染神经元的电流诱导动作电位记录，分别在 CNO 灌注前、中、后进行。
(i) 左图：抑制 M1-RN 投射对运动能力没有影响。DIO-hM4Di 组大鼠在 OFT 中中央区域停留时间较 mCherry 对照组减少。右图：控制组和 hM4Di 组大鼠在 OFT 中的代表性轨迹图。
(j) 与 mCherry 对照组相比，hM4Di 组大鼠在高架十字迷宫（EPM）测试中的开放臂进入比例和进入频率显著降低。右图：控制组和 hM4Di 组大鼠在 EPM 中的代表性轨迹图。。
(k) CNO 注射后，血清中 CCL5 水平显著升高。

Discussion

1.压力通过损害RN谷氨酸能神经元功能，增加颈淋巴结炎症和焦虑水平。
2.动物实验中，束缚压力导致大鼠焦虑样行为增加。
3.红核（RN）是调控焦虑样行为和炎症的关键脑区。
4.RN通过谷氨酸能神经元接收M1的投射，抑制M1-RN通路会诱导焦虑样行为和CCL5合成。
5.CCL5的增加可能通过去甲肾上腺素能纤维反馈到大脑，影响焦虑样行为。