研究团队：南京大学生命科学学院特聘研究员张晓阳、博士生吴文霞、江南大学附属中心医院沈丽萍、徐州医科大学纪妙锦为该论文共同第一作者；南京大学生命科学学院朱静宁教授为该论文通讯作者

小脑是大脑皮层下最大的运动结构。近年来，越来越多的证据表明，小脑除了负责感觉-运动整合之外，还参与情绪、认知等多种高级脑功能，很可能构成人体躯体-非躯体整合机制的重要组成部分。但小脑与负责情绪调节的边缘系统之间是否存在直接的神经回路联系，目前尚不明确。

2024年1月31日，南京大学生命科学学院、国家医药生物技术重点实验室、脑科学研究所朱静宁教授课题组在《神经元》杂志在线发表了题为《小脑在运动触发缓解焦虑中的作用》的研究成果，报道了一个以小脑为中心的三元神经环路——下丘脑-小脑-杏仁核环路，该环路在运动系统和情绪系统之间架起了桥梁，参与介导运动对焦虑的改善作用。

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有趣的是，在这项研究中，他们构建了orexin-cre大鼠，发现下丘脑穹窿周围区（PFA）中存在直接支配小脑DN的orexin神经元，这些神经元与直接支配杏仁核的orexin神经元属于不同的亚群。具有挑战性的加速转棒跑台运动可以选择性地募集那些直接支配小脑DN的orexin神经元，进一步激发和驱动DN-CeL投射，从而对慢性不可预见性温和应激（CUMS）诱发的焦虑模型大鼠产生更强的抗焦虑作用。这提示，PFA-DN-CeL三元神经环路很可能像一个多档变速箱和发动机一样，在两种强度水平上介导运动对焦虑的改善作用（图1）。

图 1：通过调动下丘脑-小脑食欲素能神经回路和更有力地激活小脑-杏仁核神经回路，挑战性锻炼可以更有效地改善焦虑。

前期研究表明，下丘脑神经肽食欲素在介导挑战性运动（Neuron，2011）和压力韧性（Molecular Psychiatry，2019）中起关键作用。研究团队首先与南京医科大学附属脑科医院王飞教授合作，利用静息态功能磁共振成像（fMRI）技术发现，双相情感障碍患者小脑与杏仁核之间的功能连接强度与汉密尔顿焦虑量表评分呈负相关，提示小脑与杏仁核之间可能存在相互作用，且与焦虑有关。

图2：大鼠小脑-杏仁核回路图

研究团队将AAV2/9-hSyn-mCherry病毒注射到大鼠小脑核团中，观察到mCherry阳性纤维主要分布在中央外侧杏仁核（CeL），在中央内侧杏仁核投射较少，在基底外侧杏仁核几乎没有投射。随后，通过将逆行示踪病毒AAV2/2Retro-eGFP注射到CeL中进行示踪，结果发现胞体主要表达在DN核团中，而该核团与情绪调节密切相关（图2）。

图3：fMOST小鼠的小脑-杏仁核回路

△基于fMOST系统的小脑DN至杏仁核Cel神经回路三维显示

为了观察DN神经元在全脑的投射情况，课题组将跨单突触逆行狂犬病毒注射到小鼠CeL内，结合荧光微光学切片断层扫描（fMOST）技术，在中观尺度上重建了DN-CeL神经元的直接长程投射。重建结果显示，有4个DN神经元无轴突侧支而直接投射到对侧CeL（图3），其投射方式与大鼠十分相似，证明大鼠和小鼠均存在从小脑核（尤其是齿状核DN）到杏仁核（CeL）的直接神经投射（DN-CeL），提示该神经环路具有保守性。

利用头戴式微型荧光显微镜（miniscope）对自由活动大鼠的在体成像结果显示，匀速转棒跑台运动可以显著激活CeL神经元，且大部分神经元可通过光刺激投射至CeL的DN神经元而激活，提示DN-CeL神经投射具有运动依赖性。值得注意的是，利用静息态fMRI对大鼠小脑与焦虑主要调节脑区功能连接的研究发现，运动后仅杏仁核与小脑之间的功能连接发生改变和增强。体外脑片膜片钳结合光遗传学操控实验显示，小脑DN到杏仁核CeL的投射为单突触谷氨酸能神经投射，可直接兴奋CeL内PKCδ+神经元，诱发DN-CeL突触传递效率的长期增强（LTP）。 通过光遗传学/化学遗传学选择性激活DN-CeL投射可显著改善焦虑样行为，而化学遗传学抑制该神经回路可消除运动对焦虑的改善作用。

研究成果不仅有助于我们更深入地了解小脑的非运动功能，以及运动-情绪相互作用和机体躯体与非躯体反应整合的神经机制，还有助于制定更有效的运动处方（如高强度间歇训练HIIT或剧烈间歇性生活方式身体活动VILPA），以及针对小脑的侵入性和非侵入性干预策略，为焦虑等情绪障碍的治疗提供新思路。

南京大学生命科学学院特聘研究员张晓阳和博士生吴文霞、沈利萍（现为江南大学附属中心医院神经外科助理研究员）、纪妙锦（现为徐州医科大学麻醉学院讲师）为本文共同第一作者。南京大学生命科学学院朱静宁教授为本文独立通讯作者。南京大学生命科学学院王建军教授、荷兰伊拉斯谟医学中心（Erasmus MC）Chris I. De Zeeuw教授、南京医科大学附属脑科医院王飞教授为本工作提供了重要帮助。南京大学生命科学学院闫超教授、张启鹏副教授也为本工作提出了宝贵建议。

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