增强未定带抑制性细胞,改善模型小鼠运动
在6-OHDA损伤模型中,激活未定带GABA能细胞可改善小鼠运动、平衡和部分步态指标。重复激活还伴随纹状体组织多巴胺含量升高,具体下游机制仍待解析。
走得更慢、平衡变差,哪些脑内细胞还能帮助运动网络重新调整?2023年6月15日发表于 iScience 的研究,聚焦丘脑下区域的未定带(ZI)。在模拟帕金森样运动障碍的雄鼠中,增强这里的GABA能细胞活动,能够提高运动表现。研究还发现,重复激活后,纹状体组织的多巴胺含量有所增加,把局部神经元活动与更广的运动系统变化联系起来。
ZI GABA能细胞抑制会使正常小鼠的运动和平衡变差,激活则改善6-OHDA模型的运动表现。重复激活后,纹状体组织多巴胺与HVA含量也升高。
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黑质纹状体受损后,目光转向未定带
帕金森病的运动障碍通常与黑质多巴胺系统受损联系在一起。未定带位于这一经典网络之外,却与皮层、丘脑、基底节和脑干广泛联系,也参与姿势和运动调节。它因此可能影响运动系统怎样应对损伤。
研究中的6-OHDA模型出现纹状体TH纤维标记减少、黑质TH阳性细胞减少。相伴的行为包括运动距离和速度下降、平衡及协调表现变差;旷场中心停留时间却未显著改变。研究把这些不同读出作为后续干预的比较基础。
来源:Chen F et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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ZI的抑制性标记也发生变化
研究者进一步观察ZI。这里GABA阳性细胞计数减少约13%,其中一种相关标记——小清蛋白(PV)阳性细胞的计数减少约34%。多巴胺通路之外,局部抑制性细胞标记也随模型状态发生了变化。
这些标记变化引出了功能问题:如果调节ZI GABA能细胞的活动,运动表现是否会随之改变?研究随后分别考察正常动物中的抑制,以及损伤动物中的激活,让细胞标记的观察与行为作用相连接。
来源:Chen F et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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正常小鼠的平衡和协调也会受影响
在正常雄鼠中降低ZI GABA能细胞活动,单侧和双侧抑制都降低了平衡木评分;双侧抑制还延长了爬杆测试中从上端到下端所需时间。这说明这组细胞参与维持运动表现,而不只是在损伤后才发挥作用。
另一种短时光遗传抑制得到相近方向的结果:光照期间运动距离、速度和平衡表现下降。把活动降低与动作变化放在同一时间窗口中观察,为这组细胞的功能作用增加了证据。
来源:Chen F et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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损伤模型中,运动距离和速度提高
在6-OHDA模型中增强ZI GABA能细胞活动,运动距离和速度上升,平衡木评分也提高。步态分析还发现,前爪支撑基底宽度缩小,显示干预影响的不只是走得多不多,也包括身体怎样支撑和移动。
中心区域探索时间没有显著变化。运动距离、速度和平衡表现共同呈现了这种运动效应,对照载体动物没有出现相同的运动增强。
来源:Chen F et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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行为改善还伴随组织多巴胺增加
重复激活一周后,模型小鼠的运动距离、速度和平衡协调指标仍朝改善方向变化。右后爪的最大接触面积、足印长度、宽度和面积也增加。足印数据让运动改变有了更细的轮廓:动物不仅移动更多,落脚方式也发生变化。
组织检测发现,纹状体多巴胺与代谢物高香草酸(HVA)含量升高。这一结果来自重复激活组,测量的是组织中累积的含量;它把局部ZI活动与黑质纹状体系统的化学状态联系起来,尚未说明是哪条下游联系促成了变化。
来源:Chen F et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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光刺激期间,运动表现同样增强
光遗传激活再次支持了这一方向。在单侧和双侧损伤模型中,激活ZI GABA能细胞都能提高光照期间的运动距离和速度,中心停留时间未显著改变;在Vgat-Cre小鼠中进行的细胞类型相关验证也观察到运动增强。
这种变化与激活时段相伴,说明对这组细胞的调节能够较快影响运动输出。结合化学遗传和重复激活结果,研究从不同时间尺度建立了ZI GABA能细胞与模型运动表现之间的联系。
来源:Chen F et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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运动调节的线索,延伸到经典通路之外
ZI的联系十分广泛,局部细胞之间的抑制、向基底节或脑干的输出,都可能影响运动。作者提出这些方向作为机制解释,但本研究尚未把改善作用定位到某一条特定投射。它最直接揭示的,是一组细胞活动可以改变损伤后的运动输出。
证据来自雄性小鼠的6-OHDA模型,组织递质增加也没有直接显示受损神经元被重建。研究因此把问题从“多巴胺缺少了多少”拓展到“其他网络还能怎样调节运动”,为理解未定带的细胞功能增加了具体依据。