張 潔，劉程曦，桂 歡，張 益

1 遵義醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 麻醉科，貴州遵義 563000；2 遵義醫(yī)科大學(xué) 貴州省麻醉與器官保護(hù)基礎(chǔ)研究重點實驗室，貴州遵義 563000

伏隔核(nucleus accumbens，NAc)是位于基底神經(jīng)節(jié)與邊緣系統(tǒng)交界的重要結(jié)構(gòu)，與大腦許多區(qū)域有著解剖學(xué)和功能學(xué)聯(lián)系[1-2]，與獎賞、成癮、攝食、學(xué)習(xí)及睡眠-覺醒等密切相關(guān)[3-4]。隨著神經(jīng)環(huán)路示蹤、光遺傳學(xué)和膜片鉗等技術(shù)的發(fā)展以及新型轉(zhuǎn)基因小鼠技術(shù)的出現(xiàn)，NAc的功能及其相關(guān)機(jī)制的研究不斷取得進(jìn)展。有研究發(fā)現(xiàn)，光遺傳特異性激活NAc內(nèi)表達(dá)D1受體的神經(jīng)元可延遲小鼠七氟烷麻醉誘導(dǎo)時間，并促進(jìn)其麻醉蘇醒[5]，表明NAc在全身麻醉意識調(diào)控中亦有不可忽視的作用。本文圍繞NAc的結(jié)構(gòu)、纖維投射通路及其在睡眠覺醒和全身麻醉中的作用進(jìn)行綜述，以期較全面地認(rèn)識NAc在意識調(diào)控中的作用。

1 NAc結(jié)構(gòu)及其投射通路

1.1 NAc含有多個亞型受體 NAc由背外側(cè)包繞前聯(lián)合的核(NAc core，NAcc)以及在內(nèi)側(cè)、腹側(cè)和腹外側(cè)包圍核的新月形殼(NAc shell，NAcsh)構(gòu)成[6]。NAc約95%是中型多棘的γ-氨基丁酸(γaminobutyric acid，GABA)能神經(jīng)元(striatal medium spiny neurons，MSNs)，其次是GABA能中間神經(jīng)元與大而無棘的膽堿能神經(jīng)元，大概占5%[3,7]。NAc含有豐富的多巴胺(dopamine，DA)受體，主要為多巴胺D1受體(dopamine recepter 1，D1R)和D2受體(dopamine recepter 2，D2R)。根據(jù)特征性多巴胺受體和神經(jīng)肽表達(dá)譜將MSNs分為D1RMSNs、D2R-MSNs兩個不同的亞群，前者共表達(dá)強(qiáng)啡肽、P物質(zhì)、M4膽堿能受體和腺苷A1受體(adenosine receptors 1，A1R)，后者共表達(dá)腦啡肽、神經(jīng)降壓素和腺苷A2A受體(adenosine receptors 2A，A2AR)[3]。有報道表明，10% ～ 20% MSNs共表達(dá)D1R和D2R[3,8]。研究發(fā)現(xiàn)D1R密度為D2R密度的2 ～ 3倍，兩種受體都表現(xiàn)為從NAc頭側(cè)到尾側(cè)和從外側(cè)到內(nèi)側(cè)的密度下降梯度[9]。

1.2 NAc與睡眠-覺醒相關(guān)核團(tuán)存在纖維投射聯(lián)系 隨著光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)結(jié)合轉(zhuǎn)基因動物模型等創(chuàng)新方法的使用，關(guān)于腦區(qū)及核團(tuán)在意識調(diào)控中作用的研究取得了豐碩的成果。先前的研究表明，化學(xué)遺傳學(xué)抑制中腦腹側(cè)被蓋區(qū)(ventral tegmental area，VTA)多巴胺能神經(jīng)元使小鼠清醒時間增加，非快動眼睡眠(non-rapid eye movement sleep，NREMs)減少[10]；化學(xué)抑制或直接毀損丘腦室旁核(paraventricular thalamic nucleus，PVT)神經(jīng)元，可減少小鼠在明暗周期中暗階段的覺醒時間并降低覺醒維持能力[11]；毀損外側(cè)僵核(lateral habenula，LHb)會導(dǎo)致睡眠剝奪后睡眠反彈時間縮短[12]。利用全腦神經(jīng)示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)NAc與腦內(nèi)眾多參與調(diào)控睡眠-覺醒的核團(tuán)有著密切的投射聯(lián)系。其最多的輸入來源于海馬，也是腦內(nèi)多巴胺能核團(tuán)黑質(zhì)(substantia nigra，SN)與中腦腹側(cè)被蓋區(qū)的主要輸入靶區(qū)[13]。此外，NAc還接受來自內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)、前邊緣皮質(zhì)[3,14]、基底外側(cè)杏仁核[3,13]、丘腦室旁核和丘腦層間核的谷氨酸能[13]、腦橋腳和外側(cè)被蓋核的膽堿能[15]、藍(lán)斑去甲腎上腺素能[15]、下丘腦、蒼白球、中腦的GABA能[14-15]以及中縫背核五羥色胺能[15]纖維的投射。同時發(fā)出纖維投射到外側(cè)下丘腦[16]、外側(cè)視前區(qū)[16]、外側(cè)僵核[14]等腦區(qū)，也可通過腹側(cè)蒼白球(ventral pallidum，VP)向多巴胺能核團(tuán)VTA投射[14]。NAcsh主要與下丘腦和中腦有相互的投射，而NAcc接受來自海馬體和杏仁核的投射[17]。見圖1。

圖1 NAc與腦內(nèi)睡眠-覺醒相關(guān)核團(tuán)的投射Fig.1 Projections between NAc and sleep-wake related nuclei in the brainBLA: basolateral nucleus of amygdale; DR: dorsal raphe nucleus; LC: locus coeruleus; LDT: laterodorsal tegmental nucleus; LH: lateral hypothalamus; LHb: lateral habenula;PFC: prefrontal cortex; PPT: pedunculopontine tegmentum;PVT: paraventricular thalamus; SNr/SNc: substantia nigra pars reticulata/compacta; Hipp: hippocampus; VLPO:preoptic area of ventral lateral hypothalamus; VP: ventral pallidum

2 NAc參與調(diào)控睡眠-覺醒

目前，有大量研究證實NAc可調(diào)控睡眠-覺醒狀態(tài)的轉(zhuǎn)換[4,18]。利用鵝膏蕈氨酸分別毀損大鼠NAcc及NAcsh，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，毀損NAcc和NAcsh分別可導(dǎo)致剝奪睡眠6 h后的大鼠每天總清醒度增加26.5%和17.4%，睡眠剝奪和睡眠中斷后的睡眠反彈減少，但NAcc毀損有更強(qiáng)的促覺醒效應(yīng)[19]。這可能與NAcc中DA利用率較高相關(guān)[14]。Qiu等[20]也報道，伊博丁酸對NAcc的非特異性損傷可導(dǎo)致覺醒程度的增加。因此，NAc在睡眠-覺醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換中發(fā)揮著重要的作用。

2.1 NAcD1R、NAcD2R神經(jīng)元在睡眠-覺醒中的作用 NAc中不同的多巴胺受體亞型神經(jīng)元在睡眠-覺醒的調(diào)控中發(fā)揮著不同功能。體內(nèi)微透析實驗結(jié)合多導(dǎo)睡眠記錄顯示，NAc細(xì)胞外DA遞質(zhì)水平在NREM睡眠期間降低，而在清醒和快動眼睡眠(rapid eye movement sleep，REMs)期間顯著升高[21]，且D1R、D2R在自然睡眠覺醒過程中發(fā)揮著重要的作用[22-23]。運用光遺傳學(xué)激活NAcD1R神經(jīng)元可使小鼠立即從NREMs過渡到清醒狀態(tài)，誘導(dǎo)皮質(zhì)立即激活，表現(xiàn)為腦電圖慢波活動減少；而抑制NAcD1R神經(jīng)元抑制覺醒，增加筑巢行為；化學(xué)遺傳學(xué)激活NAcD1R神經(jīng)元同樣使小鼠清醒時間增加，NREMs和REMs減少[4]?；瘜W(xué)遺傳學(xué)抑制NAcD2R神經(jīng)元后小鼠覺醒增加，NREMs和REMs顯著減少[4]。上述研究表明NAcD1R神經(jīng)元可促進(jìn)自然覺醒過程，而NAcD2R神經(jīng)元發(fā)揮相反的作用，抑制覺醒過程。

2.2 NAcA1R、NAcA2AR神經(jīng)元在睡眠-覺醒中的作用 目前的研究已證實腦內(nèi)腺苷受體在NAc大量表達(dá)[24]。腦內(nèi)腺苷通過激活腺苷A1R和A2AR誘導(dǎo)睡眠[25-27]，且具有腦區(qū)依賴性[25]。在Lazarus等[26]的研究中，將A2AR激動劑注入基底前腦，可在NAc觀察到c-Fos的表達(dá)，將其直接微注射到NAc

可誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生慢波睡眠。利用化學(xué)遺傳或光遺傳學(xué)激活NAcc的A2AR陽性神經(jīng)元可誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生明顯的慢波睡眠，而抑制該神經(jīng)元可使慢波睡眠減少[18]。表明NAcA2AR神經(jīng)元在睡眠誘導(dǎo)中發(fā)揮重要作用，但目前NAcA1R神經(jīng)元在睡眠中的研究較少，其作用有待進(jìn)一步探索。

2.3 NAc投射通路在睡眠-覺醒中的作用 大量研究已表明VTA多巴胺能神經(jīng)元發(fā)揮促進(jìn)覺醒的作用[10,28-29]。而VTA參與睡眠-覺醒狀態(tài)的調(diào)控主要由VTA-NAc的投射介導(dǎo)[10]。光遺傳學(xué)激活NAc內(nèi)VTA多巴胺能投射末梢可促進(jìn)小鼠從NREMs轉(zhuǎn)為覺醒，且覺醒總時間增加[10]，提示激活VTANAc多巴胺能通路可能通過激活VTADA神經(jīng)元作用于NAc中多巴胺受體產(chǎn)生促覺醒效應(yīng)。NAc和VTA相互連接，形成一個控制清醒狀態(tài)的NAcGABA-中腦GABA-VTADA-NAcGABA環(huán)路。激活從NAc到中腦的抑制性投射，通過抑制GABA神經(jīng)元，解除DA神經(jīng)元抑制，增加NAc中DA的釋放，釋放的DA作用于D1R和D2R，激活D1R神經(jīng)元，抑制D2R神經(jīng)元，從而促進(jìn)覺醒，這可能是一個正反饋過程[4]。同時機(jī)體通過睡眠物質(zhì)腺苷的調(diào)節(jié)平衡睡眠覺醒，維持睡眠穩(wěn)態(tài)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，PVT終末釋放的谷氨酸調(diào)節(jié)NAc多巴胺的釋放[30]。光激活PVT-NAc的投射通路誘導(dǎo)小鼠從NREMs和REMs到清醒的轉(zhuǎn)換，化學(xué)遺傳學(xué)抑制該通路降低覺醒水平；毀損NAc神經(jīng)元后，PVT誘導(dǎo)覺醒的作用減弱[31]，提示該通路可能是PVT調(diào)控覺醒的效應(yīng)通路。另有研究采用順行和逆行示蹤、電生理方法等證實了VP的最大輸入來自NAc，且80%以上為GABA能投射神經(jīng)元[2]。NAcA2AR神經(jīng)元對VPGABA能神經(jīng)元的抑制性投射，已被證實在促進(jìn)NREM睡眠中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[32]。而化學(xué)遺傳或光遺傳技術(shù)激活VPGABA能神經(jīng)元與啟動和(或)維持覺醒相關(guān)[33]。在探究NAcD1R神經(jīng)元促覺醒的可能機(jī)制的研究中，以20 Hz光刺激激活NAcD1R神經(jīng)元分別投射到中腦和LH的軸突末梢，誘導(dǎo)小鼠從NREMs向清醒的轉(zhuǎn)變，清醒總時間分別增加了86.4% 和79.4%，表明NAc-中腦、NAc-LH環(huán)路介導(dǎo)了NAcD1R神經(jīng)元對覺醒的調(diào)控；在該研究中，化學(xué)遺傳學(xué)激活NAcD1R神經(jīng)元后，觀察到LH食欲素能神經(jīng)元c-Fos表達(dá)增加，因此NAcD1R-LH環(huán)路參與覺醒調(diào)控可能部分是因為激活了LH中促覺醒的食欲素能神經(jīng)元[4,34]。綜上所述，NAc中各亞型神經(jīng)元可通過腦內(nèi)多個核團(tuán)的投射參與調(diào)節(jié)睡眠-覺醒過程，主要發(fā)揮促進(jìn)覺醒作用。

3 NAc參與全身麻醉意識的調(diào)控

全身麻醉已廣泛應(yīng)用于臨床，但全身麻醉藥導(dǎo)致可逆性意識消失的機(jī)制至今仍不明確。研究發(fā)現(xiàn)，在全身麻醉中，大腦的覺醒系統(tǒng)均處于受抑制的狀態(tài)[35]。而且全身麻醉引起的神經(jīng)電活動與睡眠類似，如α振蕩與梭形波[35-36]，提示全身麻醉導(dǎo)致的可逆性意識消失可能受到睡眠-覺醒核團(tuán)或通路活性變化的調(diào)節(jié)。利用光纖鈣信號技術(shù)監(jiān)測到丙泊酚麻醉誘導(dǎo)期的大鼠NAc中神經(jīng)元鈣信號活性下降，并在麻醉蘇醒期恢復(fù)，表明丙泊酚麻醉抑制了NAc神經(jīng)元的活性[37]。在NAc區(qū)域微注射D1R激動劑，可促進(jìn)小鼠在異氟醚麻醉下的蘇醒，皮質(zhì)腦電顯示δ波減少，γ波增加，給予D1R拮抗劑可使其蘇醒時間延遲[17]，說明NAc也參與了全身麻醉意識的調(diào)控。

3.1 NAc中D1R/D2R、A1R/A2AR在全身麻醉意識調(diào)控中的作用 Bao等[5]利用光纖鈣信號技術(shù)發(fā)現(xiàn)七氟烷誘導(dǎo)及維持期間NAcD1R神經(jīng)元鈣信號活性下降，神經(jīng)元活性降低；蘇醒期鈣信號活性上升神經(jīng)元活性增加。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，在NAc中微注射D1R選擇性激動劑明顯縮短丙泊酚麻醉蘇醒時間，皮質(zhì)腦電圖δ波段功率下降，β波段功率增加，且能通過D1R拮抗劑預(yù)處理來阻止。隨后利用膜片鉗全細(xì)胞記錄發(fā)現(xiàn)，丙泊酚增加了NAcD1R神經(jīng)元的抑制性突觸后電流(inhibitory postsynaptic current，IPSC)的頻率和衰減時間，D1R激動劑減弱了丙泊酚對IPSC頻率的影響，并通過預(yù)先應(yīng)用D1R拮抗劑消除了激動劑的影響，但給予D2R激動劑或拮抗劑后小鼠行為學(xué)及腦電無明顯變化[37]。可能是D1R選擇性激動劑激活多巴胺D1受體，可引起NAc神經(jīng)元去極化和向內(nèi)電流，從而激活D1-MSNs，通過其直接投射的中腦促覺醒區(qū)域，如VTA，產(chǎn)生促覺醒效應(yīng)。在NAc腺苷受體的研究中，使用高選擇性A2AR激動劑CGS21680顯著延長丙泊酚誘導(dǎo)意識消失的時間，增加伏隔核c-Fos的表達(dá)，抑制了伏隔核-中縫背核和伏隔核-扣帶回皮質(zhì)的功能連接；而A2AR拮抗劑SCH58261產(chǎn)生了相反的作用[38]。但目前關(guān)于NAc內(nèi)A1R在全身麻醉中的作用未見報道。綜上所述，NAc可能通過其神經(jīng)元表達(dá)的受體參與全身麻醉意識的調(diào)控，其中D1R促進(jìn)覺醒，A2AR誘導(dǎo)睡眠，D2R、A1R在全身麻醉意識調(diào)控中的作用需進(jìn)一步研究。

3.2 NAc投射通路在全身麻醉意識調(diào)控中的作用 本課題組前期研究中利用光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)激活VTA-NAc多巴胺能通路，延長了小鼠七氟烷麻醉的誘導(dǎo)時間，明顯縮短其蘇醒時間，皮質(zhì)腦電圖δ波段減少，γ波段增加，抑制該通路產(chǎn)生相反的作用[21]。說明VTA-NAc多巴胺能通路調(diào)控七氟烷麻醉的誘導(dǎo)及覺醒過程。Qiu等[39]的研究中腹腔給予右美托咪定后，化學(xué)遺傳學(xué)激活或抑制小鼠VTADA神經(jīng)元后腦電圖慢波活動相應(yīng)減少或增加；同時采用多巴胺遞質(zhì)探針記錄到腹腔注射右美托咪定后內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)和NAc內(nèi)多巴胺遞質(zhì)增加，說明右美托咪定可激活VTA多巴胺神經(jīng)元，增加相關(guān)前腦投射區(qū)多巴胺濃度，使右美托咪定鎮(zhèn)靜深度減弱，降低喚醒閾值，這從一定程度上解釋了右美托咪定鎮(zhèn)靜易喚醒的原因，也說明了VTA-NAc多巴胺能通路在促進(jìn)全身麻醉覺醒中起著重要作用。另有研究發(fā)現(xiàn)抑制NAc-VP的輸出通路可延遲小鼠從氟烷或戊巴比妥麻醉中蘇醒，使全身麻醉的效應(yīng)增強(qiáng)[40]。因此NAc-VP投射通路也參與了全身麻醉的覺醒調(diào)控過程。

4 結(jié)語

綜上所述，NAc含有多種神經(jīng)元亞型及神經(jīng)投射，其中NAcD1R及NAcA2AR神經(jīng)元發(fā)揮促進(jìn)覺醒和誘導(dǎo)睡眠的作用，并且NAc可通過與VTA及VP等核團(tuán)的投射參與睡眠-覺醒及全身麻醉的調(diào)控，但NAc其他亞型神經(jīng)元及神經(jīng)投射在睡眠覺醒及全身麻醉的調(diào)控中的作用目前仍不明確。本文綜述NAc在腦內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)及其在睡眠-覺醒和全身麻醉中的調(diào)控作用，為睡眠障礙相關(guān)疾病的治療以及尋找全身麻醉藥物的作用機(jī)制提供理論依據(jù)。