来源：首都医学科学创新中心
撰文 | 申晨
「逃避行为」是人和动物为避免痛苦、危险或不适而产生的一种本能反应。它能够保护我们远离火焰、猛兽或其他高风险环境；在社交场合中，适度的回避还能帮助人们冷静情绪、缓解紧张。然而，若逃避行为过度，就可能引发焦虑、抑郁，加深孤独感，使情绪进一步低落。
那么，大脑究竟是如何调节这种「逃避行为」的呢？
近日，梅林教授团队在 Cell Reports 发表研究论文「Prefrontal ErbB4-positive interneurons for avoidance」，报道大脑前额叶皮层中有一类特殊的抑制性中间神经元在调控「逃避行为」中发挥关键作用，而这一作用依赖 ErbB4 酪氨酸激酶的活性。该发现为理解大脑如何控制逃避行为、乃至焦虑和抑郁提供了新的视角。值得注意的是，ErbB4 及其配体 neuregulin 1 的编码基因均被认为是抑郁症的易感基因，因此该研究为相关精神疾病的病理机制提供了新思路。
在日常生活中，我们对风险的评估、行为的决策以及情绪的调控，主要依赖于大脑额叶中的内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex，mPFC）。mPFC 有两大类神经元：谷氨酸（glutamate）能的兴奋性神经元，负责向其他脑区传递「执行指令」和γ-氨基丁酸 （γ-aminobutyric acid，GABA）能的抑制性神经元，调节兴奋性神经元活性。梅林教授团队发现，mPFC 中存在一类表达 ErbB4 的抑制性神经元（B4IN），在逃避行为发生时，B4IN 神经活动增强，并且受 ErbB4 激酶活性的调节；当 ErbB4 激酶活性升高时，B4IN 对兴奋性神经元的抑制作用加强，从而诱发逃避行为。
该团队采用了一种名为「新奇抑制进食」（novelty-suppressed feeding，NSF）的经典行为学测试。研究人员将食物放置于一个明亮旷场的中央，然后把一只饥饿状态的小鼠放入旷场。由于陌生环境带来的恐惧，小鼠通常会先在场地中观察，谨慎地试探性接近（approach）食物，却并不立即进食，而是会很快逃避（avoidance），以确保自身安全。直到某一时刻，小鼠才会开始进食，并且此后每次靠近食物都会进食。研究人员将小鼠首次进食之前的时间称为「延迟期」（latency），进食开始后的时间称为「进食期」（feeding）。一般认为，延迟期反映了小鼠的焦虑、压抑或负面状态（negative state），而进食期则对应相对放松或主动的状态（positive state）。
在观察小鼠行为的同时，研究人员实时记录了小鼠 mPFC 神经元的电活动。他们发现，ErbB4 表达的抑制性中间神经元（B4IN）在延迟期的放电活动高于进食期；一旦小鼠开始进食，B4IN 的活动水平随之下降（图 1）。更有趣的是，在小鼠由进食状态重新转向逃避行为（feeding-avoidance）的瞬间，B4IN 的电活动迅速由弱变强（图 2）。这些结果说明，B4IN 的活跃程度与逃避行为正向相关：在小鼠表现出焦虑或回避行为时，B4IN 活性增强，而在进入进食期等相对放松、主动的状态时，B4IN 活动降低。
(A) 新奇抑制进食实验同时记录 mPFC 中 B4IN 钙活动信号。
(B) 通过 GCamp6f 钙离子荧光探针记录 mPFC 中 B4IN 钙活动信号。
(C) 延迟期 B4IN 活动高于进食期。
(A) 进食-逃离行为期间小鼠与食物的距离。
(B) 进食-逃离行为期间 mPFC 中 B4IN 钙活动信号。
(C) B4IN 钙活动在逃离行为期间显著升高。
(D) 进食-逃离行为期间 B4IN 钙活动的标准化分数。
为了进一步验证这一相关性，研究人员观察了 B4IN 在「小鼠社交逃避」行为中的电活动变化。这个实验使用了两种小鼠品系：一类是体型稍大、性格活跃且具有攻击性的 CD1 小鼠，另一类是性格温顺的 C57BL/6J 实验小鼠。当二者被放入同一笼内时，CD1 鼠会反复攻击实验小鼠，造成后者的「社交挫败」（social defeat）。几经反复，实验小鼠便会表现出社交回避、焦虑样或抑郁样行为。在随后的社交实验中，实验小鼠虽然会试探性地接近攻击小鼠（aggressor）并互动（approach-interaction），但往往很快转而逃离（interaction-avoidance）（图 3）。研究人员发现，在 approach-interaction 的互动行为时，B4IN 的电活动没有变化；然而在 interaction-avoidance 的逃避行为中，B4IN 电活动显著增强。
通过新奇抑制进食和社交逃避这两种行为学范式，研究人员发现 B4IN 在逃避行为中更为活跃。这一结果提示，B4IN 在小鼠由常规状态转向焦虑样或抑郁样行为的过程中起着关键作用。
(A) 社交逃避行为学实验同时记录 B4IN 钙活动信号。
(B) 接近-互动行为期间 B4IN 活动没有显著变化。
(C) 互动-逃离行为期间 B4IN 活动在逃离时显著升高。
为了验证这群神经元的电活动是否能够直接驱动逃避行为，研究人员将转基因技术与光遗传学技术相结合，特异性地调控 B4IN 的放电活动。他们将编码光敏蛋白的基因导入小鼠 mPFC 中的 B4IN，便可以在小鼠自由活动时选择性地激活或抑制 B4IN。结果显示，在新奇抑制进食实验中，激活 B4IN 会使小鼠立刻逃避食物（图 4）；相反，抑制这些神经元可以显著减少逃避行为。这一系列实验进一步表明，B4IN 活性的增强是小鼠产生逃避行为的关键因素。
(A) 向小鼠 mPFC 中注射载体与植入光纤的示意图。
(B) 在新奇抑制进食实验中激活 B4IN。
(C) 小鼠与食物的距离。激活 B4IN 使小鼠立刻逃离食物。
梅林团队的前期研究发现，neuregulin 1-ErbB4 信号通路能够促进中间神经元释放 GABA，而编码这两种蛋白的基因均为抑郁症的易感基因。基于此，他们进一步探究了 ErbB4 酪氨酸激酶活性是否会影响逃避行为。通过腹腔注射 ErbB4 激酶抑制剂 Afatinib，研究人员验证了该药物能够穿过脑血屏障，并有效抑制 mPFC 中 ErbB4 的磷酸化水平。同时，抑制 ErbB4 激酶活性显著降低 B4IN 对兴奋性神经元的 GABA 传递（图 5）。在行为学层面，阻断 B4IN 中的 ErbB4 激酶活性，显著减少小鼠在新奇抑制进食实验和社交逃避实验中的逃避行为（图 6），表明 ErbB4 酪氨酸激酶的活性在逃避行为的产生中发挥着关键作用。
(A-C) Afatinib 抑制 mPFC 中 ErbB4 的磷酸化水平。
(D-G) Afatinib 降低 mPFC 中兴奋性神经元接收到的抑制性突触后传递（sIPSC）。
(A, B) Afatinib 降低 mPFC 中 B4IN 的钙信号活动。
(C, D) Afatinib 减少新奇抑制进食实验的延迟期并增加进食期时间。
(E) Afatinib 增加社交实验中的社交系数，减少逃避行为。
综上，梅林团队的此次研究揭示了前额叶皮层中一类表达 ErbB4 的抑制性中间神经元，B4IN，它们活性的高低直接影响了小鼠是否产生逃避行为。进一步的药物学实验表明，ErbB4 酪氨酸激酶的磷酸化是这一过程的关键调控因素。该研究不仅为理解大脑如何控制逃避行为提供了新的理解，也为焦虑及抑郁等精神疾病的病理机制研究提供了新思路。未来，针对 ErbB4 信号通路的研究，或许有望为相关疾病的干预和治疗提供新的方案。
图文摘要
研究揭示，前额叶皮层 (mPFC) 中表达 ErbB4 的抑制性中间神经元（B4IN）在逃避行为中活动增强，在放松状态下活动较低。B4IN 活动升高可促发逃避行为。ErbB4 酪氨酸激酶的磷酸化可以增强 B4IN 活性，进而抑制 mPFC 的兴奋性神经元，诱导抑郁样行为的发生。
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