丘脑的两条支路,为何把发作推向相反方向?
同一丘脑区域的钙视网膜蛋白标记细胞,通向外侧杏仁核与未定带的支路呈现相反作用。小鼠研究提示,调控一个脑区的效果,可能取决于信号从哪条出口离开。
面对癫痫发作,压低一群活跃神经元的活动,似乎理应减少异常传播。但如果这群细胞同时连着作用相反的支路,整体压低会得到什么结果?2022年4月7日发表于 iScience 的研究,把这个问题放到了丘脑后板内核(PIL)。团队在雄性小鼠海马点燃模型中发现,PIL钙视网膜蛋白(calretinin,CR)标记细胞参与发作发展,而它们通向外侧杏仁核(LA)和未定带(ZI)的两条支路,竟呈现方向相反的影响。一个脑区的“总效果”,由此显露出内部不一致的一面。
激活PIL CR细胞加快点燃发展,抑制则减慢。抑制PIL至LA支路同样减慢发展,抑制PIL至ZI支路却加快发展。两类投射细胞部分重叠,说明按下游出口理解回路,比单看脑区总体活动更细致。
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发作扩大时,丘脑这群细胞更活跃
CR是一种钙结合蛋白,在不同脑区可标记性质不同的细胞。团队比较多个区域后发现,点燃模型中CR细胞数量没有显著变化,PIL内带有活动标记c-Fos的CR细胞比例却增加。改变首先体现在活动,而非这群细胞的数量。
实时钙记录进一步显示,局灶发作时信号增加较小,发作泛化时则出现更强响应,峰值靠近泛化发作开始。这使PIL成为一个值得追问的节点:它只是被卷入发作,还是也能影响发作怎样发展?
来源:Qi Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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增强活动,发作更快走向泛化
直接增强PIL CR细胞活动,点燃过程向较高发作等级推进得更快,到达首次泛化发作所需的刺激次数减少。脑电后放电持续时间也延长,提示影响不仅落在外显行为,也涉及异常电活动的持续。
研究设置了不同光照和仅表达标记物的比较组,以区分细胞激活与光照本身。这样的结果表明,PIL CR群体能够推动所测模型中的发作发展;它并非一个只在发作后被动亮起的标记。
来源:Qi Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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压低总体活动,主要拖慢早期发展
反过来抑制PIL CR群体,发作发展减慢,后放电缩短,到达相应发作等级所需次数增加。这一作用在早期阶段更突出,较高阶段的停留次数未见同样清晰的改变。整体群体的干预因此给出了方向,但还没有交代信号从哪里影响海马发作。
这也是下一步拆解投射的原因。一个细胞群的平均作用,可能把多条出口混在一起;如果不同出口并不协同,单看胞体活动就会漏掉一些信息。
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同一出发点,连向多个下游区域
PIL CR细胞中多数带有兴奋性细胞标记,几乎不与所测GABA能标记共定位。它们的轴突到达LA、ZI、听觉皮层和中央杏仁核等区域,LA和ZI尤其引起团队关注:两处既接收明显投射,也在泛化发作后出现活动标记。
这里的CR细胞并非通常想象中的局部抑制性中间神经元。它们能够把信号送到远处,而下游接收的是哪类细胞,将影响这条兴奋性投射最后产生怎样的网络后果。
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关掉通向杏仁核的支路,发展放慢
抑制PIL CR细胞在LA的投射末梢,发作等级发展减慢,后放电缩短,到达泛化发作所需次数增加。与整体群体的干预相比,分开观察支路,让团队看到了一个明确参与促发作过程的出口。
在已经完成点燃的小鼠中,作用也有自己的侧重:泛化发作持续时间缩短、开始时间推迟,但发作等级和后放电总时长没有显著变化。同一条投射,在发展过程与既成点燃状态下影响的指标并不完全相同。
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关掉另一条支路,结果却反过来
把相同思路转向ZI,结果出现反转。抑制PIL至ZI末梢后,点燃发展加快,后放电延长,首次泛化发作更早到来。这提示该支路在所测网络中具有牵制作用,压低它反而移除了部分限制。
完成点燃后的测试中,泛化发作持续时间增加,但发作等级、后放电总时长和泛化潜伏期均未显著改变。两条支路的差别,既体现在发展方向,也体现在既成发作的持续时间。
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两条出口,还共享一部分出发细胞
双向标记追踪发现,投向LA和ZI的CR细胞部分重叠,提示有些细胞可能通过侧支连接两处。投射并非完全独立的两群,但目前也还没有逐细胞证明,同一个细胞的两条分支怎样分别改变发作。
这项成年雄鼠点燃模型研究,把“调控哪个脑区”推进到“保留或压低哪条输出”。不同位置的对照组本身也存在发作易感性差异,光照与局部植入影响可能参与其中;两条支路作用大小的比较仍需结合这一背景。下游细胞如何完成相反调节,以及这种组织方式是否适用于自发慢性发作,仍是待解的问题。
来源:Qi Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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