客户文章丨Neuron丨暨南大学任超然团队揭示LC-vLGN/IGL通路整合多感官介导应激应对新机制

适应性应激响应是进化保守的生存机制，健康个体可通过灵活的应对策略维持内稳态，而应对能力受损会增加抑郁等应激相关疾病风险，但相关神经环路尚未明确。传统认为腹外侧膝状体核/膝状体间叶（vLGN/IGL）仅参与视觉处理（如光调节唤醒、视觉防御行为），但近年研究发现其接收蓝斑核（LC）、中缝背核（DRN）等应激调控核团投射，提示其可能具备多感官整合与应激调控功能，成为本研究的核心探索对象。

2025年11月5日，暨南大学任超然团队在Neuron上发表题为“Multisensory integration in the mouse ventral visual thalamus mediates stress coping via locus coeruleus-related circuits”相关文章，证实vLGN/IGL是整合多感官刺激的关键枢纽；该区域通过接收LC释放谷氨酸的兴奋性输入，对厌恶刺激（如足底电击）和中性新异刺激（如听觉音调）产生响应，进而介导应激应对行为；LC-vLGN/IGL通路通过向外侧缰核（LHb）、外侧/腹外侧导水管周围灰质（l/vlPAG）等下游脑区的差异化投射，分别调控情绪和疼痛相关行为。

暨南大学任超然研究员、陶倩教授、黄鲁研究员以及黄晓丹副研究员为该论文共同通讯作者。暨南大学黄晓丹副研究员、博士后刘显玮、博士研究生徐晓淮和博士后胡峥芳为论文的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、国家科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大专项、广东省自然科学基金等多个科研基金支持。

为了探究vLGN/IGL神经元对不同效价刺激的响应，向C57BL/6J小鼠vLGN/IGL注射编码GCaMP7s的AAV，通过光纤记录监测群体活动（图1A）。评估神经元对厌恶刺激的响应，发现足底电击、气流喷射、伤害性机械/热刺激均能强烈激活vLGN/IGL神经元（图1B-E）；小鼠悬尾挣扎时，该神经元也显著激活，进一步证实其对厌恶环境的敏感性（图1F）。检测中性刺激响应时，中性听觉音调（75dB，500ms）首次刺激引发神经元显著兴奋，重复刺激后兴奋减弱（图1G）；新物体探索中，小鼠靠近物体时vLGN/IGL神经元钙活动增强，随后逐渐下降（图1H），表明其对新异性刺激敏感。对比来看，小鼠摄取自然奖励（2%蔗糖水，20μL）时，vLGN/IGL活动无显著变化（图1I），凸显其对厌恶/中性新异刺激的选择性敏感。

为了明确响应特性，在头部固定小鼠中开展在体电生理记录（图1J），结果显示vLGN/IGL中约79%神经元被厌恶刺激（如气流喷射）或中性新异刺激（如音调）激活（图1K），且约98%响应神经元对两种刺激均有响应。基于既往研究证实vLGN/IGL存在兴奋/抑制性神经元亚型，进一步记录vGAT+（主要抑制性）和CaMKIIα+（主要兴奋性）神经元，发现约80%的两种神经元被厌恶/中性新异刺激激活，且约97% vGAT+神经元、96% CaMKIIα+神经元对两种刺激均有响应。综上，vLGN/IGL神经元对厌恶应激源和中性新异刺激均具有强烈响应能力。

图1 vLGN/IGL神经元可被厌恶和中性新刺激激活

为了明确vLGN/IGL接收厌恶与中性新异刺激信号的潜在输入通路，采用逆行跨单突触追踪技术，向vLGN/IGL注射编码TVA和RVG的AAV（辅助病毒）（图2A），再注射EnvA假型RV-ΔG-EGFP狂犬病病毒（图2A-C），实现突触前神经元单突触逆行标记。结果显示除已知视网膜输入（图2D）外，EGFP标记神经元还存在于视觉处理区（sSC、VC、APN）及情绪应激调控区（DRN、LC）（图2D）。

为了确定介导vLGN/IGL激活的通路，记录其神经元活动时选择性沉默各候选通路突触传递：向vLGN/IGL注射rAAV2/2-Retro-Cre，逆行标记视网膜、sSC、VC、APN、DRN或LC的投射神经元（图2E-J），再转染Cre依赖的TetTox病毒阻断突触释放（图2E-J）；同时在vLGN/IGL表达GCaMP7s并植入光纤用于钙成像（图2E-J）。结果显示，沉默视网膜、sSC、VC、APN、DRN输入对vLGN/IGL响应无显著影响（图2E-I）；而沉默LC-vLGN/IGL输入显著减弱该响应（图2J）。综上，LC输入对驱动vLGN/IGL被厌恶与中性新异刺激激活至关重要。

图2 失活vLGN/IGL投射的LC神经元会减弱由厌恶和中性新刺激引发的vLGN/IGL神经元激活

为了明确LC-vLGN/IGL通路功能连接，向C57BL/6J小鼠vLGN/IGL注射rAAV2/2-Retro-Cre，向LC注射含ChR2和eYFP的Cre依赖型病毒（图3A）。光刺激LC-vLGN/IGL投射后，vLGN/IGL神经元中48%出现兴奋性突触后电流（EPSC）图3B-C）；EPSC可被电压门控钠通道阻滞剂（TTX）阻断、钾通道阻滞剂（4-AP）恢复（图3D），证明LC通过直接投射传递兴奋性输入。20Hz光刺激诱导的持续性内向电流类似α1肾上腺素能受体（α1AR）激活效应（图3E），且同时加用α1AR特异性拮抗剂（Doxa）与AMPA/红藻氨酸受体拮抗剂（NBQX）可完全消除EPSC（图3E），提示部分LC神经元在vLGN/IGL突触共释放谷氨酸与去甲肾上腺素。

共标记实验显示，约64.2% eYFP标记的LC-vLGN/IGL神经元同时呈谷氨酸与TH阳性，证实部分LC神经元通过共释放两种递质直接支配vLGN/IGL。已有研究表明LC神经元对显著性刺激的响应特性，结合LC-vLGN/IGL激活的必要性（图2J）及兴奋性投射关系（图3D），研究人员假设该LC神经元可被厌恶/中性新异刺激激活。光纤光度法检测显示，两种刺激均能增强其钙活动（图3F），验证假设。综上，投射至vLGN/IGL的LC神经元同样可被厌恶刺激和中性新异刺激激活。进一步探究递质作用，利用基因编码的GPCR激活型去甲肾上腺素荧光探针（GRAB-NE）和谷氨酸荧光探针（iGluSnFR）监测发现，厌恶/中性新异刺激两种刺激均使vLGN/IGL中去甲肾上腺素与谷氨酸水平升高（图3G-H）。颅内注射Doxa对vLGN/IGL神经元活性无显著影响，而注射NBQX显著抑制其激活（图3I-J），表明谷氨酸是驱动该神经元响应的关键递质。

图3 厌恶刺激和中性新异刺激会激活vLGN/IGL投射的LC神经元

鉴于LC-vLGN/IGL通路神经元被应激相关刺激激活（图1、图3F），探究其对压力应对行为的调控作用。首先用化学遗传学在应激任务中抑制LC-vLGN/IGL投射（图4A）：向C57BL/6J小鼠vLGN/IGL双侧注射rAAV2/2-Retro-Cre，向LC注射Cre依赖型AAV2/9-DIO-hM4Di-mCherry（图4B-C），并在vLGN/IGL上方植套管（图4B）。两周后，行为测试前30分钟向vLGN/IGL输注CNO（图4A），结果显示旷场实验（OFT）中心时间、高架十字迷宫（EPM）开臂探索时间减少，强迫游泳测试（FST）/悬尾测试（TST）不动时间增加，纤毛机械刺激针实验（VFT）机械阈值、热板实验（HPT）热撤回潜伏期降低，疼痛刺激撤回速度减慢（图4D），表明抑制该投射损害应激应对行为。

为了验证通路作用，向LC注射AAV2/1-Cre，向vLGN/IGL突触后神经元感染AAV2/9-DIO-hM4Di-mCherry（图4E-F），抑制接收LC直接输入的vLGN/IGL神经元（图4A），结果同样损害应激应对行为（图4G），证实LC-vLGN/IGL通路激活对促进应激应对策略是必需的。用shRNA敲低技术减少LC-vLGN/IGL神经元释放去甲肾上腺素或谷氨酸（图4H），发现野生型小鼠中，减少谷氨酸释放显著增加抑郁/焦虑样行为、降低疼痛阈值、减慢疼痛撤回速度（图4I），而减少去甲肾上腺素释放无显著影响（图4I），强调vLGN/IGL内谷氨酸释放对应激应对行为的关键介导作用。

图4 LC-vLGN/IGL通路激活是应对压力行为的必要条件

鉴于应激应对受损与抑郁症等精神疾病相关，且此前证实LC-vLGN/IGL通路激活对应激应对至关重要（图4），研究人员探究抑制该通路对应激韧性的影响。首先对小鼠实施3天亚阈值应激（每日20次0.8mA足底电击+1小时束缚；图5A），该方案通常不诱导对照小鼠抑郁样行为（图5C）。结果显示，应激期间化学遗传学抑制LC-vLGN/IGL投射神经元或其直接支配的vLGN/IGL神经元，会显著加剧抑郁样行为、降低疼痛阈值、减慢疼痛退缩速度（图5B-5E）。此外，减少LC-vLGN/IGL神经元的谷氨酸释放，会显著增加小鼠亚阈值应激易感性，而减少去甲肾上腺素释放对应激韧性无影响（图5F-G）。采用1天亚阈值社交挫败模型（图5H），结果显示抑制上述两类神经元会显著增加小鼠社交应激易感性（图5I）。综上，LC-vLGN/IGL通路对维持动物应激刺激韧性至关重要。

图5 LC-vLGN/IGL通路介导行为韧性

接收LC直接输入的vLGN/IGL神经元投射至LHb、Re、l/vlPAG等下游脑区，提示该通路传递的多感官信息或通过调控这些脑区影响行为韧性。为了明确通路行为输出机制，用光纤记录上述脑区内vLGN/IGL神经元轴突末梢钙信号（图6A-6D），发现三个投射均会被厌恶/中性新异刺激激活（图6B-6D）。亚阈值厌恶刺激期间，特异性化学遗传学抑制各脑区末梢（图6E）：抑制LHb投射末梢显著加剧抑郁/焦虑样行为，不影响疼痛相关行为（图6F）；抑制l/vlPAG投射末梢显著降低疼痛阈值、减慢疼痛退缩速度，不影响情绪相关行为（图6G）；抑制Re投射末梢对两类行为均无显著影响（图6H）。结果表明，LC-vLGN/IGL通路通过向特定下游脑区的特化投射调控不同行为域，对行为韧性起关键调控作用。

图6 LC-vLGN/IGL通路通过向特定行为领域投射差异信号，调控行为韧性

基于此前抑制LC-vLGN/IGL通路损害应激应对、增加应激易感性的发现（图4、图5），研究人员探究激活该通路能否增强应激应对行为。首先，向vLGN/IGL注射rAAV2/2-Retro-Cre，向LC注射编码hM3Dq的AAV，靶向调控LC-vLGN/IGL神经元（图7A-B）。病毒表达2周后，行为测试前30分钟腹腔注射CNO激活神经元（图7C），结果显示OFT中心时间↑、EPM开臂探索↑、FST/TST不动时间↓、VFT机械阈值↑、HPT热撤回潜伏期↑、疼痛刺激退缩速度↑（图7D）。为了明确通路作用，向LC注射AAV2/1-Cre，向vLGN/IGL注射AAV2/9-DIO-hM3Dq-EGFP，激活vLGN/IGL突触后神经元（图7A、7E），同样促进应激应对行为（图7F-G）。此外，经历4周慢性厌恶应激的小鼠中，激活LC-vLGN/IGL神经元或其直接支配的vLGN/IGL神经元，均显著缓解慢性应激诱导的抑郁样症状。综上，激活LC-vLGN/IGL通路足以在多个行为域促进小鼠应激应对行为。

图7 LC-vLGN/IGL通路激活促进应激应对行为

鉴于中性新异刺激可激活vLGN/IGL及LC-vLGN/IGL神经元（图1G、1H、1K、3F），且LC-vLGN/IGL通路激活能促进应激应对行为（图7），研究人员探究含该类刺激的环境富集（EE）处理是否增强小鼠应激应对行为（图8A）。为了评估EE处理对应激应对行为的影响，暴露2小时EE环境的小鼠，其接收LC直接输入的vLGN/IGL神经元活性显著增强（图8B）；小鼠接受每日2小时、持续1天/1周/2周的EE处理（图8C），结果显示EE处理对小鼠应激应对行为的改善效果，和处理的持续时间正相关（图8D）。且2周EE处理后，该类vLGN/IGL神经元电流诱发动作电位增加，mEPSC频率与振幅升高（图8E-8G），提示长期EE可促进应激应对行为，伴随vLGN/IGL神经元兴奋性增强。EE处理期间化学遗传学抑制LC-vLGN/IGL神经元（图8H），EE诱导的应激应对增强效应消失（图8I）；抑制接收LC直接输入的vLGN/IGL神经元（图8H），应激应对改善效果显著减弱（图8J），综上表明LC-vLGN/IGL通路是EE促进应激应对行为的关键介导通路。

图8 EE处理通过LC-vLGN/IGL通路促进压力应对行为

本文首次建立 “LC-vLGN/IGL轴” 作为感官整合-应激应对的核心环路，为应激相关疾病提供新的神经机制框架；确立vLGN/IGL为应激干预靶点，环境富集为非药物干预手段，且明确谷氨酸信号为关键分子。