華中科大李浩洪教授團隊近兩年成果匯總

華中科技大學武漢光電國家實驗室李浩洪教授實驗室主要綜合運用膜片鉗電生理技術，在體多通道活體動物記錄技術，動物基因操縱以及光遺傳學和成像技術，對情感記憶及相關疾病如抑鬱症，焦慮症和衝動控制障礙等，在細胞水平，神經環路水平進行多學科的綜合研究，以期能闡明正常生理狀態下，情感記憶形成的神經環路機制，以及其在相關疾病形成中的作用。近2年科研成果頗豐，在Nature Neurosci，Neuron, Cell Reports，Current Biology等知名期刊發表了研究論文，brainnews編輯部對其進行了簡單的整理。

01

初級視覺皮層(primary visual cortex, V1)的神經振蕩是處理視覺刺激所攜帶的時空信息的基礎。神經元的內在特性和神經迴路的相互作用都有助於神經環路中的節律性活動。V1皮層中不同亞型的γ-氨基丁酸（GABA）能神經元參與調節不同頻率神經元振蕩，其表現出多種解剖、形態、分子和電生理以及連接特性，但是其詳細調節機制並不清楚。

2020年11月25日，華中科技大學李浩洪教授團隊在Cell Reports發表題為Somatostatin Neurons Govern Theta Oscillations Induced by Salient Visual Signals的研究論文，該研究採用在體局部場電位記錄、光電極記錄以及光遺傳操縱等技術闡明了視覺刺激誘發V1腦區θ振蕩的具體神經機制。

圖1 視覺刺激與V1腦區θ振蕩強度相關聯

該團隊發現視覺刺激增強V1腦區θ振蕩；視覺刺激增強生長激素抑制素陽性(SOM)神經元和小清蛋白陽性(PV)神經元發放θ波相位鎖定，刺激可以激活SOM神經元，但抑制PV神經元；失活SOM神經元削弱視覺刺激誘發的θ振蕩；節律性激活SOM神經元增強θ振蕩。（神經元相位鎖定：神經元動作電位發放特異性地位於某種神經振蕩的某個相位。）

該論文闡明了視覺刺激誘發V1腦區θ振蕩的局部神經環路機制，有助於理解V1腦區不同頻率神經振蕩的產生機制，以及視覺信息處理和行為認知神經基礎。

圖2 V1腦區θ振蕩產生機制示意圖

華中科技大學李浩洪教授為本文的通訊作者，博士研究生黃鵬程和向心寬為本文的共同第一作者，博士陳昕楓為參與作者。本研究獲得國家自然科學基金項目、國家創新研究群體科學基金項目以及武漢光電國家研究中心主任基金項目的資助。

02

2020年11月10日，國際神經科學頂級期刊《神經元》（Neuron）在線發表了暨南大學任超然課題組、華中科技大學李浩洪課題組及暨南大學蘇國輝課題組合作題為A Visual Circuit Related to the Nucleus Reuniens for the Spatial-Memory-Promoting Effects of Light Treatment的研究論文，深入闡釋了光療增強空間記憶的神經環路機制。

該研究發現了一條新的記憶相關光信息傳導通路，作者證明了光療信息可經由retina-vLGN/IGL-Re通路的介導來增強空間記憶能力。值得注意的是，任超然課題組2019年的工作發現retina-vLGN/IGL-外側韁核（LHb）通路可介導光療的抗抑鬱作用【1】：視網膜內部分表達SMI-32的對光反應型RGCs可直接投射至vLGN/IGL內部分GABA神經元，後者又可抑制LHb的活動。

鑑於LHb和Re相關光信息傳導通路中的RGCs具有相似的形態及對光反應特徵（均表達SMI-32，同為對光反應細胞），這提示視網膜內表達SMI-32的對光反應型RGCs所傳導的光信息，一方面可經由vLGN/IGL內部分GABA神經元的介導去抑制LHb，發揮抗抑鬱作用；另一方面還可經由vLGN/IGL內部分CaMKIIα神經元的介導去激活Re，發揮空間記憶增強作用。上述兩條光信息傳導通路的發現，對於理解機體非成像光信息傳導系統的結構及功能內涵、回答光為何能夠同時調節情緒及記憶這一關鍵科學問題具有重要意義。

暨南大學博後黃曉丹博士，華中科技大學李浩洪課題組黃鵬程博士及暨南大學黃魯研究員為該論文的共同第一作者。暨南大學任超然研究員為首要通訊作者（Lead contact），華中科技大學李浩洪教授、暨南大學蘇國輝教授為論文的共同通訊作者。

參考文獻

1. Huang et al., A Visual Circuit Related to the Nucleus Reuniens for the Spatial-Memory-Promoting Effects of Light Treatment, Neuron (2020)

03

2019年5月24日，上海科技大學生命學院沈偉研究組與華中科技大學武漢光電國家研究中心李浩洪研究組合作，在Nature Neuroscience雜誌上長文發表了題為Zona incerta GABAergic neurons integrate prey-related sensory signals and induce an appetitive drive to promote hunting的文章，揭示了大腦未定帶（Zona Incerta，ZI）神經元在捕食與進食之中所起的關鍵作用。

進食與捕食行為是生物進化的主要驅動力之一，一直是神經科學研究的熱門話題。這些行為與感覺特徵提取、獎賞和動機息息相關。解碼這些行為不僅是理解神經系統如何調控行為的重要窗口，也為理解臨床肥胖症和厭食症的發生提供契機。兩個研究團隊利用光遺傳學、在體電生理記錄和鈣信號光纖光度法等神經環路手段，發現ZI神經元介導了獵物的「感覺特徵」提取、捕食的動機、捕食與進食的相互關聯等內容。

ZI是大腦中的功能「未定」的區域，位於大腦神經軸中央位置，與多個腦區有豐富的神經連接，然而其功能仍然不夠清晰（Mitrofanis J. Neuroscience, 2005.）。雙方的團隊發現ZI不僅對於小鼠提取獵物特徵信息很關鍵，還編碼獎賞性動機，促進捕食行為；另外ZI還促進獎賞性進食，且通過不同的下遊環路來調控進食和捕食行為。同時，研究團隊發現，光遺傳學激活ZI的GABA（gamma-aminobutyric acid）γ-氨基丁酸神經元會引起小鼠的暴食性行為和啃咬食盤與墊料，說明這些神經元除了參與進食外，還可能參與捕食行為。

研究人員通過神經環路研究發現ZI投射至導水管周圍灰質（PAG）腦區，引發捕食和獎賞；ZI投射至丘腦室旁核（PVT），引發進食與獎賞（圖，Zhang X, van den Pol A N. Science, 2017.）。綜上，SC-ZI的神經環路負責提取獵物的特徵信息，並促進捕食行為；ZI-PAG的神經環路負責編碼獎賞性動機，促進捕食行為；ZI-PVT介導獎賞性進食行為。這些發現有助於理解動物對特徵提取和動機編碼的關鍵神經機制，或可解釋臨床上刺激ZI附近所誘發的暴食性行為和獎賞性動機改變，並為肥胖和厭食症的控制提供新的切入點。

圖.ZI對捕食和進食的調節作用。ZI區域整合獵物的感覺信息，編碼食慾動機，進而通過不同的神經通路調控動物的捕食和進食行為。S1/S2：初級/次級觸覺皮層；AU2：次級聽覺皮層；VC：視覺皮層；SC：視上丘；PVT：丘腦室旁核；PAG：中央導水管灰質。

在本論文中，趙政東（上科大生命學院和免疫化學研究所聯合博士後）、陳宗明（上科大生命學院，2015級碩博連讀生）、向心寬（華中科大）、胡孟娜（上科大生命學院，2015級碩博連讀生）為共同第一作者；生命學院沈偉教授和華中科技大學武漢光電國家研究中心李浩洪教授為本文的共同通訊作者。

04

2018年12月6日，《當代生物學》在線發表了武漢光電國家研究中心李浩洪教授團隊關於揭示促進覺醒和調控飢餓誘發覺醒狀態中的神經機制的研究成果。該成果首次揭示了丘腦室旁核（PVT）中存在一類重要的神經元可對飢餓產生響應，同時在協調睡眠和覓食衝突中發揮關鍵作用。

丘腦室旁核PVT的主要連接圖譜

飢餓能夠引起睡眠覺醒狀態的改變，人會從睡夢中被餓醒，就是鈣視網膜蛋白陽性神經元在起作用。這一過程可能與能量平衡穩態、攝食行為、覺醒系統、情緒調節、獎賞系統等多個功能系統密切相關。

PVT是重要的丘腦核團，參與了睡眠覺醒、攝食和獎賞等日常行為的調節。該論文第一作者、研究中心博士化瑞芳表示，以往電生理研究發現PVT 神經元電活動存在晝夜差異。PVT 與視交叉上核的雙向聯繫也提示其在生物節律調節中的作用。由此可推測PVT腦區可能在協調睡眠和攝食行為中起著重要的整合作用。

為闡明PVT腦區在上述行為調節中的具體神經機制，李浩洪教授團隊採用在體多通道和多導睡眠記錄技術，結合光遺傳學，在小鼠身上實施測驗。通過觀察PVT 腦區神經元在飢餓狀態下電活動變化。實驗發現，飢餓能夠提高小鼠覺醒水平，並激活PVT 腦區中鈣視網膜蛋白陽性神經元（CR+）神經元，並且能夠驅動其下遊關聯腦區抑制小鼠睡眠。

| brainnews編輯部整理

資料來源：粵港澳中樞神經再生研究院、華中科技大學武漢光電國家實驗室、BioArt等