IF=14.1【客户文章】Adv Sci︱苏州大学高嵘/徐广银/张立团队解码创伤后焦虑：前岛叶-眶额皮层“焦虑专线”何以在脑损伤后被长期激活？

研究人员基于血氧水平依赖功能核磁共振成像（BOLD-fMRI）发现，伴焦虑症的TBI患者在多个脑区的自发活动显著增强，其中包括眶额皮层（OFC）、岛叶皮层（IC）、颞上回、海马旁回以及丘脑等。进一步把这些异常脑区的活动与汉密尔顿焦虑量表（HAMA）评分进行相关分析后发现，OFC和IC的活动与创伤后焦虑程度呈显著正相关。以OFC为“种子点”做进一步功能连接分析，结果显示岛叶、楔前叶、壳核、颞上回以及中央前回等多个脑区到OFC的功能连接显著增强。 

图1. TBI焦虑症患者OFC和IC与焦虑程度正相关

为进一步探究其机制，该研究利用控制性皮层撞击模型（CCI）建立了中度额叶TBI小鼠模型。结果显示TBI小鼠焦虑样行为显著增加，且焦虑样行为在损伤后第3周开始出现，并持续至第8周，约65%的TBI小鼠出现显著焦虑样行为。据此，该研究将TBI小鼠进一步分为“焦虑TBI”和“非焦虑TBI”，形成假手术对照（Sham）、非焦虑TBI、焦虑TBI三个实验组，用于后续机制研究。在此基础上，该研究对焦虑样与非焦虑样TBI小鼠进行9.4 T的BOLD-fMRI和c-Fos（神经元激活标志物）检测。低频波动幅度（ALFF）分析发现，与非焦虑样TBI小鼠相比，焦虑样TBI小鼠的lOFC、aIC等多个脑区活动显著增强；在暴露于高架十字迷宫（EPM）后，焦虑样TBI小鼠lOFC和aIC中c-Fos阳性神经元显著增多，而Sham和非焦虑TBI小鼠则无显著变化。

图2. TBI焦虑样小鼠aIC和lOFC神经活动增强

基于上述结果，研究团队进一步通过钙成像、光遗传与化学遗传技术进行操控验证。首先，记录aIC^Glu–lOFC^Glu通路钙信号，发现焦虑样TBI小鼠钙信号峰值和曲线下面积（AUC）显著增强大；随后，化学遗传抑制该通路可降低lOFC^Glu神经元钙信号强度，提示其在焦虑相关神经活动中的重要驱动作用。行为学层面，光遗传抑制aIC→lOFC Glu能投射可缓解焦虑TBI小鼠的焦虑样行为，该效应可通过再激活lOFC^Glu被“抵消”；相反，在非焦虑TBI和Sham小鼠中，激活aIC→lOFC Glu能通路即可诱发显著焦虑样行为，而抑制lOFC^Glu可逆转这一效应。Glu探针检测结果显示，焦虑样TBI小鼠在EPM探索期间lOFC的Glu释放水平显著升高。上述证据共同表明：aIC^Glu-lOFC^Glu环路活动增强是TBI后焦虑样行为的直接神经基础。

图3. aIC-lOFC Glu能神经环路参与调控TBI小鼠焦虑样行为

为解析aIC-lOFC Glu能环路调控创伤后焦虑的分子机制，研究者对焦虑与非焦虑TBI小鼠的aIC进行了单细胞转录组分析，结果发现焦虑TBI小鼠aIC^Glu中离子通道相关基因表达谱发生明显重塑，其中KCNC3显著下调，揭示焦虑样TBI小鼠aIC中KCNC3下调可能参与调控小鼠焦虑样行为。 

图4. 焦虑样TBI小鼠aIC^Glu神经元中KCNC3显著下调

在焦虑TBI小鼠中，特异性上调aIC^Glu中的KCNC3，显著提高KCNC3的mRNA和蛋白水平；降低aIC^Glu的内在兴奋性以及aIC^Glu的钙信号峰值和AUC。行为学上，KCNC3过表达显著增加焦虑TBI小鼠在EPM开放臂和旷场实验（OFT）中心区的时间与移动距离，表现出明显的抗焦虑效应。进一步，当联合利用化学遗传学激活aIC^Glu时，在氯氮平-N-氧化物（CNO）注射后，这种因KCNC3上调带来的抗焦虑样行为被显著逆转，再次出现开放臂回避，提示通过外源增强aIC^Glu活动可以抵消KCNC3上调的抗焦虑效应。 

图5. 在aIC^Glu神经元中过表达KCNC3能缓解TBI小鼠焦虑样行为

相反，研究者在非焦虑TBI小鼠中，利用腺相关病毒（AAV2/9-DIO-shRNA(KCNC3)-mCherry）特异性敲减aIC^Glu中的KCNC3，其mRNA和蛋白表达显著下降；aIC^Glu内在兴奋性被增强，其钙信号峰值和AUC均显著升高。行为学上，KCNC3敲减显著减少非焦虑TBI小鼠在EPM开放臂和OFT中心区的停留时间与移动距离。联合化学遗传学抑制aIC^Glu活动后，CNO注射能够逆转这一由KCNC3下调引发的焦虑样行为，证明KCNC3依赖的兴奋性增强是驱动焦虑样行为的关键环节。 

图6. 敲减aIC^Glu神经元的KCNC3增加非焦虑TBI小鼠的焦虑样行为

在阐明KCNC3调控aIC^Glu兴奋性及焦虑样行为的基础上，本研究进一步从环路层面证实KCNC3依赖的aIC-lOFC Glu能通路是创伤后焦虑的关键效应路径。通过病毒示踪结合在体光纤钙成像与Glu探针检测，选择性操控aIC^KCNC3⁺-lOFC Glu能环路表明：激活该通路显著增强lOFC^Glu钙活动并提高EPM刺激下的Glu释放，而在非焦虑TBI与Sham小鼠中抑制该通路则降低lOFC中Glu水平。利用AAV2/R-vglut2-Cre病毒进行逆行标记，结合Cre依赖的KCNC3过表达病毒，在投射到lOFC的aIC^Glu神经元中定向过表达KCNC3，可显著缓解焦虑TBI小鼠的焦虑样行为；反之，在该投射中敲减KCNC3则在非焦虑TBI与Sham条件下均足以诱发焦虑表型，表明KCNC3通过调控aIC→lOFC Glu能通路塑造焦虑相关脑网络活动，是连接“离子通道-环路-行为”的关键分子节点。进一步在受体水平上，局部阻断lOFC的N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体显著降低焦虑样行为及c-Fos阳性细胞数，而随后化学遗传学重新激活lOFC^Glu可逆转上述改变，综合证明aIC–lOFC Glu能环路经NMDA受体依赖的Glu能信号传导驱动并维持TBI相关焦虑，为以KCNC3及该Glu能通路为靶点的创伤后焦虑干预提供了重要理论基础和潜在治疗靶点。 

图7. aIC^KCNC3+-lOFC Glu能环路调控焦虑TBI小鼠的焦虑样行为

作者系统阐明了额叶损伤后aIC-lOFC环路在TBI后焦虑中的关键作用。研究发现，TBI患者及小鼠模型中aIC与lOFC之间的神经元活动和功能连接显著增强，由此提出aIC-lOFC Glu能环路的病理性增强是TBI后焦虑样行为的重要神经基础。功能研究进一步表明，aIC^Glu中KCNC3的特异性下调导致神经元过度兴奋，继而驱动aIC-lOFC Glu能通路活动异常，最终促成TBI后的焦虑样行为。该工作不仅将KCNC3鉴定为调控TBI后焦虑的关键分子靶点，也将aIC-lOFC Glu能环路确立为潜在的干预通路，为未来开发基于环路特异性、以离子通道为靶点的精准干预策略提供了理论依据。 

图8. aIC-lOFC Glu能环路调控创伤后焦虑的机制示意图