520|爱与信任，与这群脑细胞有关

七里香

在采访一位神经科学家时，我的思绪不禁飞回到初为人母的时刻：隔着肿胀的眼帘，我注视着身边这个软软的小家伙，皮肤皱巴巴的，头发湿漉漉的，谈不上好看，却如此迷人。内心仿佛传来一个柔软的声音：恭喜你当妈妈啦，你要好好爱他啊！   

高志华教授告诉我，这个“柔软的声音”很可能来自于大脑最深部一群特殊的细胞，它负责让人与人之间情感的纽带更加坚固持久。那么，它们在哪里？它们是如何工作的？在过去的5年中，浙江大学与华中科技大学的学者利用最新的脑成像技术尝试“点亮”这群细胞，精细刻画出它们在大脑的活动踪迹。借助这张地图，人们可以探寻关于爱与信任的深层奥秘。

催产素，不仅仅是“催产”

      在大脑深部，我们的双眼后侧不远处，有个叫下丘脑的地方，那里有一群神经内分泌细胞，它们伸出一束束突起，通过一根纤细的柄与神经垂体相连。神经垂体作为这一群神经内分泌细胞的末端，接受来自大脑的命令，释放催产素（OXT）、抗利尿激素(AVP)等激素进入外周血管，到达靶向器官后调节着我们身体的生长发育、代谢生殖和内环境稳态。

图： 下丘脑大细胞性神经内分泌细胞的轴突直接延伸至垂体后叶，即神经垂体，构成下丘脑-神经垂体系统（HNS）

       比如，抗利尿激素与我们能否正常排尿有关。它能促进肾脏多吸收水分而减少尿量。假如一个人的抗利尿激素分泌失调，就会尿频、口渴，乃至尿崩症。而催产素（OXT）就更有意思了，她不但在女性分娩时大量释放，而且还促进女性泌乳和母爱行为。男性也有催产素，它促进人与人之间的信任，让男性更善于社交，更富男性魅力。

      本世纪初，科学家在美国中西部平原发现到动物界的模范夫妻——草原田鼠（Microtus ochrogaster），它们 “一夫一妻”相伴终生，并且父母完美搭配抚养后代。科学家认为，这与草原田鼠脑内富有更多的催产素受体有关。正因如此，催产素被人们视为“甜蜜激素”、“爱情激素”。

      回到爱、忠诚与信任“出发”的地方——大脑深部的下丘脑-神经垂体系统（HNS）。高志华给本科生讲授“形态学基础”时，试图给学生展示该系统的全貌，但是翻遍资料，只有各种各样的示意图。“这一系统是脑调控外周重要的门户和通道，但却没有完整的、真实的结构图。”5年前，高志华产生了一个朴素的念头，“作为形态学的老师，我想把它真实的结构和形态展示出来。”

“点亮”大脑

      神经垂体是一个容易被“遗忘”的角落。在获取大脑标本时，纤细的垂体柄很容易断裂导致垂体脱落，再加上技术的局限，一直没有完整的下丘脑-垂体的系统结构图。

      最近几年，随着病毒示踪、大脑成像等新技术的发展迭代，为科学家揭开HNS的神秘面纱提供了可能。通过尝试，段树民院士与高志华研究团队选择了一种病毒示踪技术。一种经过改造的病毒，可以在神经细胞中循着轴突逆向上行，并沿途留下荧光标记，勾勒完整的神经元形态。

图：下丘脑-神经垂体系统的三维重构展示

      研究人员在大鼠的神经垂体注入这种病毒，约两周之后，这群神经内分泌细胞的形态便徐徐显现，最终，整个HNS的形态便被展示出来。“HNS就像被点亮了一样。”高志华说，这是一种非常高效的神经示踪技术。团队继而与华中科技大学武汉光电国家研究中心龚辉教授团队合作，利用自主开发的荧光显微光学切片断层成像（fMOST）技术，对大鼠全脑进行成像并首次完成了HNS的高分辨率的三维重构。

发现“新大陆”

     展现在高志华面前的这幅神经“地图”，分辨精度达到单个细胞。每一个神经细胞的形状与连接情况都被看得一清二楚。有的路线是学界熟悉的经典，比如从下丘脑出发投射到脑垂体的神经元；而有些则是首次露面的“新大陆”：下丘脑的神经内分泌细胞轴突除了伸向神经垂体的主轴突外，还伸出许多纤细的侧枝（collaterals），“绕行”投射到多个脑区。

图：大细胞内分泌神经元侧支投射示意图

     “在脑内杏仁核、伏隔核、纹状体，我们都追踪到了侧枝投射。”高志华说，这些下丘脑以外的脑区，正与我们的爱与信任等情感有关。这一发现，解释了近年来人们在内源性催产素来源问题上的争议。高志华解释说，催产素是由9个氨基酸组成的神经肽，“体型”较大，它们几乎无法从外周血液穿过血脑屏障再次进入大脑。那么内源性的催产素，是直接由下丘脑直接释放到达各个脑区，还是有直达的投射通路？多年来的疑问，终于被这张“点亮”的HNS“地图”解答了。

      高志华认为，这种特殊的侧枝结构为神经信号的高效运作提供了生物学基础。位于“偏远地带”的下丘脑如果把激素释放在本地，那它们到达其他脑区的过程中必定有许多“损耗”，是一种“不经济”的办法。而在真实的HNS“地图”上我看到，下丘脑伸展出的侧枝就像一条条高速公路，让神经信号直达目标脑区。

爱，是身心一致的爱

     “甜蜜激素”的释放系统原来如此奇妙，一位论文评审者惊喜地说：我从来没有想到，这群神经内分泌细胞在向外周释放激素的同时，又投射到大脑的其他部位！对于普通读者来说，这或许可以解释为什么很多情况下，情感的发生和维持不仅仅是精神层面，而是一种身体和心灵的高度协调与同步，大自然原来就是这么设定的。

      一个典型的现象是哺乳行为。当孩子呱呱坠地，催产素一方面促发母体产生母乳，一方面也促使母爱更趋浓烈，加深母亲关爱和保护孩子的愿望。这或许也能解释，当你喜欢一个人的时候，你会情不自禁想要“爱的抱抱”。高志华团队最新发现的“侧枝”，能够解释这种身心一致的爱。侧枝的存在，让分泌催产素的脑细胞工作起来像一个双头“喷雾器”，喷洒爱意。一个喷头朝着外周血液，调节着我们的机体的行为；另一个喷头朝着中枢系统，调节着我们的情感与情绪。

大鼠为什么变宅了？

      一项大鼠社交实验进一步验证了高志华团队的研究发现。实验现场，一只大鼠在笼子里活动，左边的笼子是另一只大鼠，右边的笼子里是一个玩具熊。已有的研究显示，催产素不仅催生爱意，在激发信任、促进社交方面也扮演重要角色。科学家通过记录大鼠的行动轨迹来判断它们的社交行为。

      通过化学遗传学手段，科学家能特异性操控大脑中催产素大细胞的激活与抑制，进而观察大鼠的不同反应。“当我们激活大鼠的催产素大细胞，外周血液中的催产素升高了，大鼠也更乐意跑向另一只小鼠，”高志华说，“而当抑制这群细胞，大鼠却变得‘宅’起来，和同类的交流的兴趣似乎减弱了。这一实验进一步证实，催产素大细胞能在外周和中枢同时释放催产素，协调机体稳态和中枢行为。”

    图：通过fMOST技术重构大鼠下丘脑-神经垂体系统；利用化学遗传学方法特异操控OXT大细胞能影响外周血OXT水平，并调控大鼠的社交行为等。

      青岛大学张遐教授认为，这项研究为脑内催产素相关中枢行为或疾病的神经机制解析提供了新的证据和见解，对未来下丘脑内分泌神经元协调外周及中枢功能的研究提供了新的技术策略和思路。

      相关论文近日发表于Neuron杂志。浙江大学脑科学与脑医学学院高志华教授和华中科技大学武汉光电国家研究中心李安安教授为本文的共同通讯作者，博士后张斌和博士研究生邱礼耀是论文共同第一作者，博士研究生肖薇参与了部分实验，并参与设计了文章的图文摘要。研究受国家重点研发项目，国家自然科学基金，广东省科技计划项目，中央高校基本科研业务费和中国博士后科学基金等资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.10.032

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