在小鼠模型中发现了下丘脑腹内侧神经微回路的独特设计
由中国科学院脑科学与智能技术卓越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一个独特的发育转变微电路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，成虫的VMH具有稀疏的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，最内部的下丘脑核微电路研究较少。
为了填补这一空白，研究人员使用下丘脑切片进行了四组全细胞膜片钳记录。他们首先发现，在VMH发育的早期，神经元之间存在高频电耦合，之后这种电耦合逐渐减弱。研究人员得出结论，电突触是由连接蛋白36 (Cx36)介导的，因为条件敲除vvmh中的Cx36显著减少了电耦合。
此前已经发现，在新皮层中，电突触是化学突触的蓝图。然而,从早期发展到了成年期，在VMH中很少通过成对记录检测到化学突触，这表明成人VMH中固有的突触连接稀疏。同样，在其他下丘脑区域，成对的记录只检测到一些电突触，而没有化学突触。这些观察结果显示，稀疏的化学连通性是下丘脑微电路的普遍特征。
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，当~400微米范围内三分之一的神经元被激活时，光遗传兴奋性突触后电流(EPSCs)的峰值振幅与响应神经元的自发ESPCs相比是微不足道的。“这一结果表明，在更广泛的范围内，与记录的细胞有突触连接的激活神经元非常少。此外，狂犬病毒追踪的数据进一步支持VMH中化学突触的缺乏，”该研究的第一作者邵银奇说。
在探索了VMH微电路中电和化学突触的作用后，研究人员将注意力转向了在下丘脑中丰富的神经肽。为了探索神经肽在VMH神经元交流中的潜在作用，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KOR (kappa阿片受体)的拮抗剂阻断，提示神经肽dynorphin在局部神经元调节中具有抑制作用。研究人员还注意到，在发育期间，dynorphin和KOR的表达增加。
“KOR激动剂对幼鼠VMH神经元的超极化效应要弱得多，这表明在发育过程中，神经肽在VMH局部神经元通信方面发挥了更有效的作用，”该研究的共同第一作者刘凡(Fan Liu)说。
