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一处脑区,两套线路:内侧乳头体的细胞分工

Molecular psychiatry · 2025-06-23

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Molecular psychiatry · 研究前沿

一处脑区,两套线路:内侧乳头体的细胞分工

小鼠研究将 CB 与 PV 两类细胞的形态、电活动和连接对应起来,发现相邻细胞群可以沿分离的线路处理信息。

AI 概念插图:相邻的两类细胞沿不同通道传递信息

小鼠开始走动时,内侧乳头体里的一群细胞活跃起来,旁边另一群却没有同样明显的变化。这个参与记忆、导航和情绪相关网络的小脑区,内部似乎并非整齐划一。2025 年 6 月 23 日发表于《Molecular Psychiatry》的研究,以钙结合蛋白 CB 和 PV 为标记,识别出两类主要细胞。它们的外形、放电方式、输入和输出各有特点,彼此之间又很少发现局部连接。研究由此呈现一种特别的组织方式:相邻的细胞群,可以构成并行而分离的通道。

关键发现

两类细胞沿不同输入输出线路组织;激活 CB 类细胞诱发位置回避并增加运动,PV 类在相同任务中未出现这些效应。

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两类细胞占据互补的区域

内侧乳头体属于扩展海马系统。过去,它常被描述为一群相对均一的兴奋性投射细胞。研究给 CB 和 PV 两类细胞分别标记颜色,发现它们共同覆盖了这里的大多数神经元,却很少重叠。这里的 PV 是辨认细胞类型的标记,并不等同于其他脑区常见的 PV 抑制性中间神经元。

三维重建进一步显示,CB 类偏向腹外侧,PV 类偏向背内侧。CB 区域从前方、侧方和下方包围 PV 区域,形状像花萼托着花蕾。这个空间图案成为研究细胞分工的起点。

原论文图 1CB 与 PV 细胞的互补分布
CB 与 PV 细胞的互补分布
原论文 Figure 1:荧光标记、三个方向的细胞分布统计及三维重建,显示两类细胞在内侧乳头体中占据不同而互补的区域。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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颜色不同,细胞特征也不同

颜色差异是否只是分子的区别?单细胞重建给出了更完整的答案。CB 类胞体较小,树突总体更短,分枝也较少;PV 类则拥有更大的胞体和更复杂的树突。这些差异与细胞膜的电学特征相呼应。

CB 类动作电位较高、较宽,最高放电频率较低,PV 类则表现出另一套特征。把形态和电活动一起用于分类,得到的细胞分组与 CB、PV 标记高度对应。两种颜色于是有了外形与功能特性的共同支持。

原论文图 2细胞形态与电学特征对应两类标记
细胞形态与电学特征对应两类标记
原论文 Figure 2:细胞重建、放电记录与分类分析,显示 CB 和 PV 类具有不同的胞体、树突和电学特征,联合分析可较好区分两类细胞。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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两类细胞都能改变活动方式

静息的脑片里,有些细胞不放电,有些持续放电,还有些成簇发出脉冲。PV 类中,自发活跃的细胞比例更高。不过,活动方式并非刻在细胞身份上的固定标签:研究也观察到个别细胞在持续与簇状放电之间转换。

增强 NMDA 受体作用时,两类细胞都更容易出现簇状放电,但节奏不同。CB 类每簇包含更多脉冲,簇与簇之间的间隔更长;PV 类相对更短、更密。这说明细胞分工既涉及“从哪里接收信号”,也涉及“用怎样的节奏传递信号”。

原论文图 3自发活动与诱导簇状放电的差异
自发活动与诱导簇状放电的差异
原论文 Figure 3:细胞记录显示两类神经元的自发活动比例不同;增强 NMDA 受体作用后,簇状放电的脉冲数与间隔也不同。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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相同目的地,落在不同区域

沿着轴突向外追踪,分工继续延伸。两类细胞都投向前丘脑等区域,但终末主要落在互补位置。前丘脑的细胞记录也支持,这种空间分离对应着功能连接的分离,而不只是显微图中两种颜色的边界。

向上游追踪时,两类细胞都接收下托输入,却有不同偏向:CB 类更多关联腹侧下托,PV 类更多关联背侧下托。CB 类获得的下丘脑来源输入占比也较高。相邻细胞群由此接入了不同的信息组合。

原论文图 4分离的输出与不同来源权重的输入
分离的输出与不同来源权重的输入
原论文 Figure 4:轴突标记显示两类细胞投向互补区域;输入追踪显示下托位置和下丘脑来源比例存在差异。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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激活 CB 类,让小鼠更多走动并回避对应空间

如果两条线路承担不同功能,增强活动会不会带出不同的行为?研究将某一空间与细胞激活配对。增强 CB 类时,小鼠减少在对应空间的停留,同时在其中更加活跃;增强 PV 类则没有产生同样的位置回避。

旷场观察进一步显示,CB 类激活期间,运动时间和移动距离增加,刺激前后则较低。PV 类和对照组没有出现这种变化。位置回避与运动增强同时发生,也说明仅看停留时间,很容易漏掉动物行动方式的改变。

原论文图 5两类细胞激活产生不同的行为效应
两类细胞激活产生不同的行为效应
原论文 Figure 5:CB 类激活诱发实时位置回避,并在旷场增加运动;相同任务下,PV 类激活未见对应效应。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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运动开始时,CB 群体信号上升

人为激活之外,研究也记录小鼠自由活动时的钙信号。把信号对齐运动开始的时刻,CB 类出现明显增加,PV 类未见同样显著的变化。这与激活实验的方向相符,让运动关联不仅出现在人为刺激中。

两组结果合在一起,说明 CB 类能够推动运动,也在运动开始时活跃。PV 类在这些任务中反应较弱,仍可能参与其他行为或信息处理;乳头体已知的记忆与导航功能,需要在更细的任务中逐一对应。

原论文图 6运动起始相关活动集中在 CB 类
运动起始相关活动集中在 CB 类
原论文 Figure 6:自由活动中的钙记录显示,运动开始后 CB 群体信号显著增加,PV 群体未见同样显著变化。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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相邻,并不意味着彼此串联

最反直觉的结果来自局部连接。增强一类细胞时,另一类没有被明显带动。配对记录检查了 123 对乳头体细胞,也没有检测到局部化学突触或电连接;这一结果与轴突缺少局部分枝的形态相一致。

因此,这里的信息处理更像两条相邻的平行通道,而非先在局部相互传递再输出。成年雄性小鼠的行为实验与雌雄小鼠的细胞分析,共同描出这幅线路图;两类主要细胞内部是否还有更精细的分工,则是这张图下一步可展开的部分。

原论文图 7局部记录未检测到两类细胞间的交叉驱动
局部记录未检测到两类细胞间的交叉驱动
原论文 Figure 7:直接激活成功,但其他乳头体细胞没有出现可检测的突触响应。结合配对记录,研究支持该区域局部互联稀少。
来源:Liu H et al. · Molecular psychiatry · CC BY-NC-ND
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论文信息

Liu H, Shi Y, Zhang Q, Yue M, Qi Y, Xu B, Jing J, Zhang L, Yang K, Zheng M, Zhou J, Lu J, Gong L, He M.
Two distinct cell types of the medial mammillary body forming segregated subcircuits
Molecular psychiatry · 2025-06-23
DOI: 10.1038/s41380-025-03079-w