外侧隔核的功能及其机制研究进展

潘翔宇1 周瑜1 韦东方1 董海龙2 曹君利1

1徐州医科大学江苏省麻醉学重点实验室，江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，国家药品监督管理局麻醉精神药物研究与评价重点实验室，徐州 221004；2空军军医大学西京医院麻醉与围术期医学科，西安 710032

国际麻醉学与复苏杂志,2023,44(05:544-551.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20230227‑00808

基金项目 

科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目

（2021ZD0203100）；

江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX22_2920）

REVIEW ARTICLES

【综述】

外侧隔核（lateral septum, LS）属于隔区的前外侧组分，位于胼胝体与内侧隔核（medial septum, MS）之间，其外侧界为侧脑室，腹外侧界由前向后为伏隔核（nucleus accumbens, NAc）、终纹床核（bed nuclei of the stria terminalis, BNST）等。LS作为海马的主要下游核团，接受海马广泛的谷氨酸能神经元输入，并向下丘脑和其他多个核团发出神经纤维投射，参与情绪、进食与睡眠等本能行为调控。随着基于病毒载体的神经示踪、在体成像、光遗传学和化学遗传学等靶向、观察与干预技术的发展，LS相关功能研究不断取得新进展。本文总结LS的解剖及功能异质性，并就其神经环路和分子机制进行阐述。

1、LS的解剖结构及投射联系

1.1、LS的细胞结构及表达物质

LS中85%以上为γ‑氨基丁酸（γ‑aminobutyric acid, GABA）能神经元，其腹侧可能含有少量谷氨酸能神经元。根据细胞构筑特点及海马背腹侧投射差异，LS起初被分为3个亚核，即背侧（dorsal LS, LSd）、中间侧（intermediate LS, LSi）和腹侧（ventral LS, LSv）。根据神经元亚型和下游投射，小鼠的LS分为尾侧（caudal LS, LSc）、嘴侧（rostral LS, LSr）和LSv。LSc表达生长抑素（somatostatin, SST）、P物质受体和精氨酸加压素1a受体（arginine‑vasopressin 1a receptor, V1aR），LSr表达神经降压素（neurotensin, NTS）、脑啡肽、促肾上腺皮质激素释放激素2型受体（type 2 corticotropin‑releasing factor receptor, CRFR2）和多巴胺3型受体，而LSv主要表达雌激素、雄激素和催产素受体（oxytocin receptor, OXTR）。上述两种分类一直延用至今，分别强调了LS在背腹轴和嘴尾轴上的细胞类型差异。

人类和其他灵长类动物LS发育较成熟，毗邻侧脑室，与MS统称正中隔。正中隔背侧与透明隔直接相连，透明隔是将两侧脑室分开的膜状结构，主要包含与胼胝体相连的神经纤维和胶质细胞等。

1.2、LS的纤维联系

LS作为海马的主要下游核团，接受海马广泛的谷氨酸能神经元输入。LS与下丘脑、中脑腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）及导水管周围灰质等存在双向投射关系，还接受杏仁核、BNST、内侧前额叶皮质（medial prefrontal cortex, mPFC）、蓝斑、背外侧被盖核、VTA、NAc和内嗅皮质的单胺能神经元或胆碱能神经元投射。LS各亚核存在投射差异，在背腹轴层面，LSd主要接受背侧海马（dorsal hippocampus, dHPC）投射，与空间信息处理、奖赏和觉醒相关；LSv接受腹侧海马输入，与情绪相关。在嘴尾轴层面，LSr接受海马CA1输入，主要下游结构为BNST、NAc、视前区、下丘脑前区（anterior hypothalamic area, AHA）、下丘脑结节核和下丘脑腹内侧区（ventromedial hypothalamus, VMH）等，主要与情绪相关；LSc主要接受CA3投射，并与下丘脑外侧区（lateral hypothalamic area, LHA）和乳头体上核相互投射，可能与情境信息处理相关。同时，由于中间神经元和侧支的存在，LS内部形成复杂的局部微环路。这些证据提示，LS参与调控的病理生理功能可能具有复杂的神经生物学机制（图1）。

2、LS的功能

2.1、LS与焦虑

焦虑是一种对未来威胁的预期，而当过度或持续的焦虑情绪超过机体的承受范围时，就可能发展成焦虑症。研究人员采用钙成像技术发现，当啮齿类动物面对不同程度的应激源（如高架、强光、喷水和束缚等）时，LSvGABA神经元钙信号活动增强，提示LS参与焦虑过程或焦虑行为。

LS在焦虑样行为调控中存在明显的功能差异，通过光学激活小鼠下边缘皮质（infralimbic cortex, IL）向LS谷氨酸能神经元投射，在旷场实验（open field test, OFT）和高架十字迷宫（elevated plus maze, EPM）实验中能介导焦虑样行为的产生；同样小鼠腹侧CA3的凝血因子C同源物阳性神经元向LSvGABA发出兴奋性投射，同样在OFT、EPM和新物体识别（novel object recognition, NO）实验中介导了社交挫败小鼠焦虑样行为的产生。有趣的是，通过在LS注射逆行Cre病毒的策略，化学学激活投射至LS的腹侧海马神经元，却在EPM和新环境抑制进食实验中诱导小鼠产生明显的抗焦虑作用；同样VTA中表达多巴胺1型受体（dopamine type 1 receptor, D1）神经元投射至LS，光遗传学激活该环路在OFT和EPM中发挥抗焦虑作用。上述结果体现了LS在神经环路水平介导了焦虑样行为的功能异质性调控。

另外，通过光遗传学激活小鼠LS中CRFR2阳性神经元，在明暗箱、OFT和NO实验中介导了焦虑样行为，并且LSCRFR2神经元通过GABA能神经元单突触投射至AHA发挥促焦虑功能；而通过光遗传学激活小鼠LSd中小清蛋白（parvalbumin, PV）和SST阳性中间神经元可在EPM中诱导出抗焦虑作用。可见LS中不同神经元亚型介导了焦虑调控的功能异质性。同时，LS在调控焦虑相关回避行为中也存在异质性，光遗传学激活小鼠下丘脑室旁核（paraventricular hypothalamus, PVH）至LSv的谷氨酸能神经元投射，在实时位置偏好实验中介导了对光遗传学激活侧的回避行为，可反映焦虑相关行为回避作用。而光遗传学激活大鼠LSvGABA则在条件性位置偏好实验中介导了对激活侧的偏好性，可反映主动对抗焦虑的行为。

LS在焦虑调控中的异质性可能由不同亚区、细胞类型、神经连接造成。未来采用高度特异性靶向、观察与干预手段进行亚核、细胞或投射特异性的功能研究可能有助于进一步解释上述结果差异（表1）。

2.2、LS与恐惧

恐惧和焦虑的核心机制在动物和人类中是相似的，两者神经环路机制存在较多重合。恐惧可以是先天的，也可以通过后天习得，巴甫洛夫条件性恐惧模型是一种简单的恐惧习得模型，动物同时接受条件刺激（如声音、光或环境）和非条件刺激（如足底电击），通过两者结合引起机体对单独条件刺激的恐惧反应，通常用木僵行为来评估。

LS中表达PV、SST和OXTR阳性神经元可降低恐惧水平。光遗传学激活或抑制LS中PV、SST阳性神经元在环境相关条件恐惧模型中分别降低或升高恐惧水平；同样LS中OXTR的激活可以降低社交相关的恐惧行为。

LS在调控恐惧行为中也存在异质性。LSi可被声音匹配的条件恐惧所激活，但将小鼠置于箱体底部不设电网的相对低恐惧环境中却诱导了LSd中更多的c‑Fos表达。IL→LS环路的光遗传学激活可以延缓环境相关恐惧记忆的消退，即促进了恐惧行为。dHPC→LS环路的光遗传学抑制可以减少环境相关恐惧记忆的获取，即该环路同样促进了恐惧行为。相反的是，背侧CA3（dorsal CA3, dCA3）→LSd的光遗传学抑制可以增加小鼠在高恐惧环境中的木僵行为，而减少低恐惧环境中的木僵行为。腹侧CA3→LSd的光遗传学抑制不论在高恐惧环境还是低恐惧环境中均能促进小鼠的木僵行为。上述两条环路均参与抑制恐惧行为。并且LS中SST、PV阳性神经元的抗焦虑作用可能与抑制了小鼠对高架开放臂的先天性恐惧有关。进一步解析LS在恐惧中的异质性调控机制仍是未来研究的方向。

2.3、LS与运动

通过在体电生理记录发现，LS中存在能直接调控运动的神经元，其放电频率与大鼠的运动速度、加速度直接相关。通过超微钙成像记录可视化了这些直接编码运动速度、加速度的神经元，并且发现编码运动速度的神经元在LSv分布更密集。

运动速度的改变直接影响单位时间内OFT中的运动距离，背侧CA1→LS的化学遗传学激活可明显增加小鼠在OFT中的运动总距离。光遗传学激活VTAD1→LS环路期间，小鼠在OFT中运动速度增加，提示LS参与运动速度调节。LS接受并整合来源不同或强度不同的输入信号，可能通过改变运动加速度继而改变运动速度、活动状态和行为模式。LS接收并同步海马θ振荡，对小鼠诱发探索行为，介导运动速度减慢和活动变异度减少，提示运动加速度降低。有趣的是，LS接受并同步mPFC的γ振荡明显缩短小鼠接近食物所消耗的时间，但不影响进食量。该过程运动速度的增加，可能与进食动机和运动加速度增加有关。在同一只受试小鼠中，通过5 Hz 10 ms的低强度光遗传学激活PVH→LSv环路，诱发应激相关的自我梳理行为，表现为自由移动停止和对毛发的重复性清洁行为，提示运动加速降低；而通过5 Hz 100 ms的高强度光遗传学激活上述环路，诱发了恐惧相关跳跃行为，提示诱导了回避行为和运动加速度增加。上述行为学结果提示，LS整合不同的输入信号，通过改变运动状态来切换行为模式，并伴随运动速度和加速度的变化。另外，LS可能参与“战或逃”的信息整合，其背后的具体神经生物学机制仍需进一步探索和研究。

2.4、LS与攻击行为

攻击行为是一种高度保守的社会行为，是个体生存和物种繁衍所必须的，攻击作为竞争食物、领地、配偶的必要手段，是保护后代免受同类威胁的主要方式。啮齿类动物的攻击行为主要通过居住者‑入侵者范式来评估，包括雄性间攻击、雌性间攻击和母性攻击。

研究人员在亚核水平对LS进行了观察和调控，发现光遗传学激活LSv神经元可抑制雄性小鼠间的攻击行为，且光遗传学激活LSv投射至VMH腹外侧部的GABA能神经元纤维末梢，可以立即终止正在进行的攻击行为。可见，LSv是抑制攻击的一个亚核。海马CA2的精氨酸加压素1b受体阳性神经元可向LSd发出谷氨酸能神经元投射，促进雄性小鼠间的攻击行为，随后研究人员通过光遗传学激活投射至LSd的CA2纤维末梢，同时电生理记录LSd与LSv神经元放电，分别记录到两种截然相反的突触后电流，提示LSd→LSv抑制性微环路存在。即LSd通过隔内抑制性微环路抑制LSv的功能，最终通过去抑制VMH促进雄性间的攻击行为。可见，雄性啮齿类动物中LSd促进攻击而LSv抑制攻击。对于雌性啮齿类动物，研究人员对处女雌性大鼠间的攻击行为进行分析，通过造模后微透析发现，低攻击性群居大鼠LSd中AVP水平较高，并伴随LSd神经元活性升高；相反，高攻击性社交隔离大鼠LSv中催产素（oxytocin, OXT）水平较高，并伴随LSv神经元活性升高；随后，通过在背腹亚核微量注射GABA受体激动剂分别抑制LSd或LSv神经元，则分别促进或抑制了雌性间的攻击行为；最终通过离体电生理发现，LSv中OXTR阳性神经元的激活可增强LSd神经元的GABA能神经元抑制性张力，提示LSv→LSd的抑制性微环路存在。可见，雌性啮齿类动物LSd、LSv对攻击行为的调控作用与雄性恰恰相反。提示LS在攻击行为的调控中存在性别二态性，并且这种性别二态性可能与LS背腹亚核间的抑制性微环路投射有关。由于V1aR主要分布在LSd，而OXTR在LSd和LSv均有分布，且LSv中密度更高；性别二态性也可能与AVP和OXT递质与V1aR和OXTR的结合水平有关。

高攻击性雄性Wistar大鼠LS中AVP的含量较高，并且LS中注射V1aR拮抗剂可减少雄性间的攻击行为。OXTR基因敲除的雄性小鼠表现出更高的雄性间攻击行为。在雌性啮齿类动物中，母性攻击与OXT的周期变化密切相关，特别是在分娩后4~7 d表现出高度频繁的攻击行为，与LS中的OXT高峰有关。光遗传学激活投射至LSv中的OXT能神经元纤维末梢可促进雌性大鼠间攻击行为，而在LSd中微量注射AVP可通过激活V1aR起到抑制雌性间攻击的作用。上述证据表明，AVP和OXT在雄性和雌性啮齿类动物攻击行为的调控中分别发挥相反的作用。分别监测和调控LS中V1aR和OXTR阳性神经元活性和功能可能是未来研究LS介导攻击行为性别二态性的关键。

2.5、LS与进食

近年来，越来越多的研究发现LS参与调控进食。LS中的生长激素释放激素受体（growth hormone secretagogue receptor, GHSR）促进进食，而胰高血糖素样肽1型受体则抑制进食。

小鼠在进食时LSGABA神经元钙信号减弱，这与c‑Fos结果一致。通过光遗传学激活dHPC的多巴胺2型受体阳性神经元向隔区（LSd/MS）投射可抑制小鼠进食。腹侧海马→LSv的谷氨酸能神经元投射同样可明显减少小鼠总进食量。另外，光遗传学激活PVH→LSv的谷氨酸能神经元投射参与调控负性情绪介导的进食减少。即不论是LSd还是LSv均抑制进食。急性束缚应激可激活小鼠LSr的NTS能神经元，且这部分NTS能神经元共表达胰高血糖素样肽1型受体基因，通过光遗传学激活LSNTS可明显抑制小鼠进食并减轻体重，但不影响运动能力和焦虑水平，并且通过向LHA的GABA能神经元投射参与应激抑制进食的调控。LS同样参与调控不同口味食物的选择，通过化学遗传学抑制LHA→LS的谷氨酸能神经元投射，使小鼠在饥饿状态下摄入更多低浓度糖水，即抑制LS可以调控口味偏好，使美食更加可口。LSNTS→下丘脑结节核环路抑制了食物适口性驱动的享乐进食，LSNTS→乳头体上核环路抑制能量驱动的稳态进食。上述结果提示，LS是调控抑制进食的中心。

LS中微量注射外源性生长激素释放激素，通过作用于GHSR使大鼠胃扩张幅度和频率呈剂量依赖性增高。胃扩张与进食密切相关，提示LS中GHSR阳性神经元可能参与进食调控，并且LS可能是“脑‑肠轴”的潜在中枢靶点。

2.6、LS与记忆

学习记忆是脑的高级功能之一，海马与学习记忆有着密切的联系。LS作为海马的主要下游核团，在记忆的每个阶段都起着重要作用，包括记忆获取、记忆巩固和记忆检索。

记忆获取常发生在条件性恐惧范式的训练阶段，即大脑将条件刺激与非条件刺激进行匹配和记忆编码的过程。小鼠接受足底电击时光遗传学激活dHPC→LS环路，可减少后续环境条件刺激诱发的木僵行为，提示LS参与并减少了恐惧记忆获取。记忆巩固是将近期记忆转化为长期记忆的过程，与记忆消退相反。在恐惧条件反射形成后，长时间或多次进行条件刺激而不进行非条件刺激会削弱条件性恐惧反应，称为恐惧记忆消退，IL→LS环路的重复光遗传学激活可以延缓该过程的正常进行，从而证明LS参与并巩固了恐惧记忆。记忆检索和表达直接介导了记忆相关行为的产生。在社交行为中，利用了啮齿类动物喜欢探索陌生事物的天性，通过三箱社交新奇性偏好实验，化学遗传学激活LS中OXTR阳性神经元，恢复了丙戊酸介导孤独症模型小鼠对陌生鼠的社交时间。光遗传学抑制dCA3→LSd环路在社交新奇偏好实验中减少了对陌生鼠的社交时间。上述实验均影响了对熟悉鼠社交记忆的识别和检索过程，证明LS参与记忆检索。

总之，记忆的不同阶段是动态的连续过程，如短期记忆介导的行为中，记忆获取、巩固和检索可能同时发生。在巴恩斯迷宫中，背侧CA1→LS环路的毁损和化学遗传学抑制使小鼠对食物和水的搜寻失败次数增加，且搜寻时间延长，反映了该环路在觅食相关空间记忆巩固和提取中发挥重要作用。如何通过不同的行为范式来进一步区分并细化记忆的不同阶段仍是未来研究的方向，如H迷宫等。

2.7、LS与睡眠和麻醉

近期研究发现，LS在睡眠和麻醉调控中共享相同的神经环路机制。通过光遗传学激活PVH→LSv的谷氨酸能神经元投射可促进小鼠从睡眠状态向觉醒转化。本实验室发现，小鼠LSdiGABA神经元在觉醒状态时钙信号增强，在非快速眼动睡眠和异氟醚麻醉期间钙信号减弱，通过光遗传学激活LSdiGABA可使小鼠从睡眠状态直接转换为清醒状态，并促进异氟醚全麻的苏醒过程，同时在体电生理记录发现，LSdiGABA向VTAGABA发出抑制性单突触投射，对VTA中多巴胺能神经元产生去抑制作用，从而促进小鼠从麻醉状态向苏醒转化，最终产生促进睡眠觉醒及麻醉苏醒的作用。光遗传学激活LSCRFR2可促进非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠向觉醒的转化过程。上述结果提示，LS作为促觉醒核团，同时参与睡眠和全麻的调控。

2.8、其他

此外，LS还参与奖赏和抑郁样行为的调控，并与多种精神障碍疾病相关。

LS参与调控情境与线索相关的奖赏行为。外侧隔核尾背侧（caudal and dorsal LS, LScd）作为dCA3与VTA间的中继核团，参与整合情境相关记忆与奖赏行为。通过θ频率电刺激兴奋大鼠CA3，同时在LScd微量注射GABA来抑制其神经元活性，继而抑制CA3‑LScd‑VTA环路，最终可以阻断情境相关刺激介导的可卡因摄入。通过吗啡诱导的条件位置偏好模型证明，LSc作为中继用于整合海马发出的情境相关奖赏信息，并与吗啡成瘾有关。

LS参与调控抑郁样行为。慢性不可预测应激可激活LS中GABA能神经元。化学遗传学激活LSGABA可明显延长雄性小鼠强迫游泳中的不动时间，并减少其对雌鼠尿液的嗅探时间，且明显减少糖水偏好实验中的糖水消耗，表现出抑郁样行为，并通过LSGABA→导水管周围灰质环路发挥功能；反之，抑制LSGABA可产生抗抑郁作用。另外，慢性社交挫败介导的抑郁易感小鼠LS中NTS能神经元被广泛激活，化学遗传学激活LSNTS神经元使其社交时间减少，反之亦然。光遗传学激活LSNTS→NAc、LSNTS→AHA环路促进社交回避参与介导抑郁样行为。上述研究提示，LS可能参与抑郁症的发病过程，并且是潜在的快速抗抑郁靶点。奖赏和抑郁看似代表两种完全对立的情绪状态，正如上文LS在条件性位置偏好实验中展现出的差异性结果，这也体现了LS的功能异质性，为临床表现复杂的精神疾病，如精神分裂症、双向情感障碍（bipolar disorder, BPD）提供研究靶点。

随着临床功能磁共振成像技术的普及，研究人员发现，人的透明隔体积缩小及透明隔腔形成与精神分裂症、抑郁症等精神障碍疾病密切相关。BPD患者尸检发现，LS细胞密度显著减少。中枢神经细胞瘤切除病例发现，手术破坏LS致患者术后继发器质性BPD。临床研究提示LS病变与BPD的发病密切相关，但目前仍缺乏相关基础研究。

3、总结与展望

LS作为功能整合的枢纽，接受mPFC、海马传入的认知、记忆等外部信息；同时还接受其他边缘系统（如杏仁核、BNST、VTA和PVH等）的输入信号，这些信号通过与LS上不同种类的神经递质受体结合（如OXTR、V1aR和CRFR2等）传递生理或情绪状态相关的内部信息。LS可同时整合上述外部和内部信息，继而将其传递至下游的下丘脑或中脑核团，从而有目的地调节上述的焦虑、恐惧、运动、攻击和进食等行为输出。

近年来，随着光遗传学、化学遗传学、电生理和钙成像技术的广泛应用，及工具病毒的开发和转基因动物的涌现，已经可以对LS内特定神经元进行监测和调控，这使研究人员对LS有了更深入的了解。LS的功能多样性，包括参与不同情绪状态、社会行为、进食及意识状态等的调控。

其机制包括：

①上游输入的多样性，上游核团的直接纤维投射和通过分泌神经递质作用于LS上的不同受体而发挥作用；

②神经元亚型的异质性，表达或共释放不同神经肽类或表达不同受体的阳性神经元，可能参与特定行为的调控；

③LS的内部微环路，通过内部抑制性微环路投射发挥对下游环路的去抑制作用，可能是功能异制性的基础；

④下游投射差异，通过向不同下游核团投射介导不同行为学表型。

未来需要进一步探究：

LS如何在环路和分子水平整合上游的神经递质信号输入，并调控行为输出？不同行为是否受同一神经元的调控？LS作为边缘系统的枢纽与很多核团存在双向纤维投射，是否影响同一功能的不同方面？是否存在LS内部级联信号通路？LS内的局部微环路以及LS与MS的隔内微环路的功能作用又是如何？总之，LS的功能多样性提示，LS可能成为临床多种疾病的共同潜在靶点，深入探究LS的解剖及功能异质性，可以为相关神经精神疾病的研究提供生理及病理依据，同时为焦虑症、抑郁症等多种精神障碍疾病的躯体治疗提供新靶点，如深部脑刺激和经颅磁刺激等。

国际麻醉学与复苏杂志

International Journal of Anesthesiology and Resuscitation

主管：中华人民共和国国家卫生健康委员会

主办：中华医学会   徐州医科大学

ISSN：1673-4378

CN: 32-1761/R

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