小布解读 Nature：光遗传学之父Karl Deisseroth告诉你，太过心动可是会焦虑

2023年3月2日，来自斯坦福大学的Karl Deisseroth研究团队在国际顶尖期刊《Nature》上发表了文章，在该研究中，他们证实心率增加会导致小鼠产生焦虑相关的行为，证明了来自身体的信号如何影响与焦虑和恐惧等情绪相关的情感行为。

无创光学起搏器

光遗传学可以使目标细胞表达光敏蛋白，以光作为工具就可以控制细胞功能的开关，实现以毫秒为单位对单个神经细胞的精细操控，可谓是神经科学研究的一项爆炸式黑科技。在这篇研究中，Deisseroth团队使用了一种叫做 ChRmine （往期相关推荐：新品 | 光敏蛋白还能如此全能？ChRmine全系列各有所长）的视紫红质蛋白，它具有灵敏度高以及识别红光的特点，这两个特点意味着使用低辐照强度穿透性较强的红光就能帮助我们实现无创影响深部组织。

将小鼠心肌肌钙蛋白T启动子（mTNT）与ChRmine连接在一起，使用 AAV9 介导基因表达，通过小鼠眼眶后静脉注射，这样就能够特异性的在小鼠心肌中表达 ChRmine。结果显示，589nm 的光照被麻醉小鼠的胸部能够显著提升小鼠的心率，停止光照后则可以恢复正常的起搏状态。体外心肌细胞实验同样验证了体系的可行性。

体（丧）贴（心）入（病）微（狂）的研究人员为了方便实验且不影响小鼠的正常行动，还给小鼠做了一件专用马甲。马甲上装着一个能发射 591nm 光的微型LED，LED光穿透小鼠的胸壁可以照射到心脏，激活整个系统，提升小鼠的心率。研究人员利用这套装置，能够将小鼠的心率从正常的每分钟 660 次升高到了 900 次，心跳加速的小鼠在行为学上出现明显焦虑的症状。

光学诱发心动过速会增加焦虑样行为光学

为了进一步研究心脏过速与大脑行为调控之间的潜在联系，研究团队利用 TRAP2 转基因小鼠的特性筛选了全脑中在心脏过速中激活的区域。这些区域包括与中枢自主神经网络相关的区域，如前额叶皮层（Prefrontal cortex），岛叶皮层（Insular cortex）以及脑干（Brainstem）。许多其他参与自主或内感觉处理的皮层区域没有被显著激活，包括初级感觉听觉 (AUD) 和视觉 (VIS) 皮层区域等。与 TRAP2 映射结果一致，光学起搏同样增加了后岛叶皮层 (posterior insular cortex, pIC)中 Fos mRNA 的内源性表达。

岛叶是公认的情绪与身体信号处理中心，为了确定由心脏过速导致的小鼠焦虑是否被 pIC 区域的神经元特异性调节，研究人员使用了另一种视紫红质 iC++ 来抑制后岛叶皮层中神经元的活动

通过使用 473nm 的蓝光进行光遗传抑制，研究人员发现使用视紫红质 iC++ 来抑制后岛叶皮层中神经元的活动能够显著改善光学起搏期间由于心跳过速所引起的焦虑行为。这种抑制现象是后岛叶皮层特有的，因为在另一个区域内侧前额叶皮质（mPFC）的光遗传抑制中未观察到这种抑制现象。

总结一下，来自斯坦福大学的光遗传学之父Karl Deisseroth团队，通过无创的光遗传学“心脏起搏器”，给小鼠来了次心跳大冒险，发现心动过速会有效增强焦虑样行为，抑制大脑后岛叶皮层的活动就能减弱这种影响。这个发现说明大脑和身体都可能参与情绪的发展，更意味着我们或许可以通过干预心脏来治疗焦虑等问题。

这可是个好消息，毕竟影响一下心脏可比影响一下大脑要容易多了

参考文献：

[1]: Hsueh B, Chen R, Jo Y J, et al. Cardiogenic control of affective behavioural state[J]. Nature, 2023: 1-8.

[2]: Allen W E, DeNardo L A, Chen M Z, et al. Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive[J]. Science, 2017, 357(6356): 1149-1155.