小鼠下丘脑腹内侧神经微回路的独特设计
中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心徐华泰博士领导的联合研究团队展示了下丘脑腹内侧神经微回路的独特设计。
使用一个小鼠模型，研究人员应用组合方法揭示了神经系统的独特发育转变微电路VMH。他们发现早期发育阶段的特征是密集的电耦合。相比之下，成体VMH具有稀疏化学特征突触以及突出的神经肽传递。在许多其他下丘脑核中进一步观察到化学突触的缺失。这些发现为更好地理解下丘脑功能提供了坚实的微电路基础。
这项研究发表在当代生物学6月2日。
下丘脑是一个多核结构，核间连接已被广泛研究。然而，最内层的下丘脑核微回路却很少被研究。
为了填补这一空白，研究人员使用下丘脑切片进行了四次全细胞膜片钳记录。他们首先发现，在VMH的早期发育过程中，神经元之间的电耦合频率很高，之后逐渐降低。研究人员得出结论，电突触是由连接蛋白36 (Cx36)介导的，因为在VMH中有条件敲除Cx36显著降低了电耦合。
之前已经发现，在大脑皮层中，电突触是化学突触的蓝图。然而,从早期发展到成年，VMH中的化学突触很少被成对的记录检测到，这表明成年VMH中稀疏的固有突触连接。同样，在下丘脑的其他区域，配对记录只检测到一些电突触，而没有化学突触。这些观察揭示了作为下丘脑微回路的普遍特征的稀疏化学连通性。
配对记录有效地检测有限范围内(<200微米)的突触连接。研究人员发现，在~400微米范围内，即使有三分之一的神经元被激活，光遗传兴奋性突触后电流(EPSCs)的峰值振幅与响应性神经元的自发ESPCs相比是微不足道的。“这一结果表明，在更广泛的范围内，很少有被激活的神经元与记录的细胞有突触连接。此外，狂犬病毒追踪的数据进一步支持了VMH中化学突触的稀缺，”该研究的第一作者邵银琪说。
在探索了电突触和化学突触在VMH微电路中的作用后，研究人员将注意力转向了下丘脑中丰富的神经肽。为了探索神经肽在VMH神经元通信中的潜在作用，研究人员将VMH切片与激动剂孵育，发现dynorphin的类似物可以使VMH神经元超极化。在对相邻神经元进行短时间的高频刺激后，这些神经元始终表现出超极化。然而，这种超极化可以被dynorphin受体拮抗剂KOR (kappa阿片受体)阻断，这表明神经肽dynorphin在局部神经元调节中具有抑制作用。研究人员还注意到，dynorphin和KOR的表达在发育期间有所增加。
“KOR激动剂对VMH神经元的超极化效应在幼崽中要弱得多，这揭示了神经肽在发育过程中对VMH局部神经元通信的更有效作用，”该研究的共同第一作者Fan Liu说。
