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5-羟色胺能神经元受调控的环路机制
发布日期:2017-03-22    浏览次数:151

3月21日,《Cell Reports》期刊在线发表了中国科学院神经科学研究所、中科院脑科学与智能技术卓越中心、神经科学国家重点实验室孙衍刚研究组题为《长程投射调控背侧中缝核5-羟色胺能神经元兴奋性环路的结构》的研究论文。该研究通过病毒环路示踪,结合光遗传学、脑片电生理记录等技术深入研究了5-羟色胺能神经元的功能性突触输入。该研究阐明了5-羟色胺能神经元长程突触输入的环路组织规律,为深入研究5-羟色胺系统异常相关的精神类疾病提供了新的视角。

5-羟色胺系统的异常与很多精神疾病,特别是情绪障碍相关。临床上常用的抗抑郁、抗焦虑药物氟西汀(百优解)属于5-羟色胺重摄取抑制剂。该药物通过抑制5-羟色胺的重回收提高脑内5-羟色胺的含量。绝大部分投射到前脑的5-羟色胺能神经元位于背侧中缝核,并通过影响前脑的相关脑区参与多种高级认识活动。然而,我们对于这些5-羟色胺能神经元如何被调控还知之甚少。

为了解决这一关键问题,孙衍刚研究组系统性地研究了背侧中缝核上游的六个核心脑区调控5-羟色胺能神经元兴奋性的环路机制。六个核心上游脑区包括前额叶皮层、外侧缰核、下丘脑外侧区、视前区、黑质和杏仁核。研究人员发现这些脑区都与5-羟色胺能神经元形成直接的功能性突触连接。这些上游脑区向背侧中缝核的投射可以根据其投射的空间分布分成两类:双侧投射(前额叶皮层、外侧缰核)和单侧投射(下丘脑外侧区、视前区、黑质和杏仁核)。此外,上游脑区通过两种基本的环路机制调控5-羟色胺能神经元的兴奋性:部分脑区通过“推拉”的机制¬—单个上游脑区同时向单个5-羟色胺能神经元提供兴奋和抑制性突触输入;另外一些脑区只向5-羟色胺能神经元提供直接的兴奋性突触输入,它们通过激活背侧中缝核的GABA能神经元产生前馈抑制从而双向调控5-羟色胺能神经元的兴奋性。

该研究揭示了5-羟色胺能神经元的长程功能性输入的环路组织规律,加深了人类对5-羟色胺系统的调控机制的认识,为进一步研究5-羟色胺系统相关的精神性疾病的环路机制奠定了基础。

此项工作主要由孙衍刚课题组博士研究生周立完成,刘明哲、李清、邓娟和穆迪在此研究中发挥了重要作用。该工作得到了中国国家自然科学基金(31371122, 81322015)、中科院百人计划、青年千人计划、中国科学院战略性先导科技专项(XDB02010000)的支持。

图注:上图,前额叶皮层(Prefrontal cortex)和外侧缰核(Lateral habenula)向背侧中缝核(Dorsal raphe nucleus)提供双侧的轴突投射(Bilateral projection),而下丘脑外侧区(Lateral hypothalamus)、视前区(Preoptic area)、黑质(Substantia nigra)和杏仁核(Amygdala)向背侧中缝核提供单侧轴突投射(Unilateral projection)。下图,功能性的长程投射调节5-羟色胺能神经元的两种主要模式:(左)推拉机制--同一脑区向单个5-羟色胺能神经元同时提供兴奋和抑制性输入,(右)前馈抑制--直接的兴奋性输入通过激活GABA能神经元提供间接的前馈抑制。