骆清铭组绘制了小鼠内侧前额叶皮层抑制性神经元长程输入环路的全脑图谱

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责编丨王小果

啮齿类动物的前额皮层分为内侧前额皮层（mPFC） 、腹侧前额皮层( vmPFC）和外侧前额皮层( lPFC)，其中内侧前额皮层可进一步细分为IL和PrL区。前额叶皮层不仅对人类的整体智力有重要作用，还在学习和记忆、注意力调控、行为抑制、推理和思维、行为的策略和计划等等高级认知功能中起关键作用。mPFC脑区存在不同类型的兴奋性、抑制性神经元类型，70-80%的皮层神经元为兴奋性椎体神经元，剩下的20-30%神经元为抑制性中间神经元【1】，其中主要的抑制性神经元包括生长激素抑制素（VIP阳性神经元）、血管活性肠肽（SST阳性神经元）和小清蛋白抑制性神经元（PV阳性神经元）。

今年3月份瑞典卡罗林斯卡医学院神经科学系Marie Carlén教授利用跨单级突触逆行示踪方法描绘了整个大脑输入到mPFC的脑区，绘制了全面的mPFC兴奋性、抑制性输入的解剖图谱【2】。最近关于mPFC抑制性输入的解剖图谱得到了进一步扩充。

2019年7月8日，华中科技大学武汉光电国家研究中心骆清铭教授团队在Nature Neuroscience杂志上发表了题为A whole-brain map of long-range inputs to GABAergic interneurons in the mouse medial prefrontal cortex的文章，绘制了小鼠内侧前额叶皮层抑制性神经元长程输入环路的全脑图谱【3】。

研究人员利用自主研发的荧光显微光学切片断层成像技术（fMOST）结合病毒示踪技术发现mPFC大部分抑制性神经元位于第2、3层，此外抑制性神经元上游输入脑区主要为新皮质，嗅觉区，纹状体，苍白球，杏仁核，丘脑，下丘脑，海马，中脑和后脑。mPFC脑区PV阳性神经元接受皮层输入要比SST阳性神经元多，而SST阳性神经元接受皮层下区域的输入要比PV阳性神经元多；IL区SST阳性神经元接受纹状体和苍白球的输入要比PV阳性神经元多，Prl区PV阳性神经元接受前联合皮层和压后扣带皮层的输入要比SST阳性神经元要多。总的来说，不同类型的抑制性神经元接受输入的脑区相同，但输入比例不同，具体分布见图1。

图1. Prl和IL区抑制性神经元输入的可视化分布

这些输入的神经元具有怎样的神经化学特点？研究人员利用免疫荧光多标技术发现抑制性神经元输入主要受基底前脑的PV神经元、胆碱能神经元和中缝核中的5-羟色胺能神经元支配。具体来说，基底前脑输入神经元30-40%为胆碱能神经元，而在大约50%中缝核输入神经元表达色氨酸羟化酶（羟色胺神经元的标志物），它们可通过释放谷氨酸激活抑制性神经元（图2）。

图2 . 输入的神经元具有多样的神经递质

利用fMOST技术采集到的全脑数据，研究人员对86个皮层神经元和33个海马神经元的形态进行重构发现，至少存在7种不同类型的输入神经元，每一种类型的神经元具体不同的树突和轴突分支特点（图3）。此外，大多数投射到皮层神经元以非随机的方式和不同的脑区形成神经网路，这就意味着当某一个脑区信息流入到mFC后，其他脑区可能受到同样地信息。

图3. 不同类型的输入神经元形态特点以及分布

总的来说，该研究建立了迄今最为详尽的小鼠内侧前额叶抑制性神经元的全脑长程输入图谱。该图谱不仅描绘出这些抑制性神经元的上游脑区在哪里，并且细致描述这些输入神经元的神经化学特点、形态学特点。这为进一步研究该脑区抑制性神经元在神经系统疾病中作用提供了很重要的解剖学基础。

本研究由华中科技大学武汉光电国家研究中心骆清铭教授团队完成，博士生孙庆涛和李向宁副教授为共同第一作者，华中科技大学任淼、赵梦婷、钟秋园、罗盘、倪鸿、张小宇、张晨、袁菁、李安安和龚辉等共同参与了本项研究，北京生命科学研究所罗敏敏研究员和博士生任育齐协助完成了电生理实验。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41593-019-0429-9

参考文献

1. Toledo-Rodriguez M , Wang Y , Gupta A , et al. Interneurons of the neocortical inhibitory system[J]. Nature Reviews Neuroscience, 2004, 5(10):793-807.

2. Ahrlund-Richter, S. et al. A whole-brain atlas of monosynaptic input targeting four different cell types in the medial prefrontal cortex of the mouse. Nat. Neurosci. 22, 657–668 (2019).

3. A whole-brain map of long-range inputs to GABAergic interneurons in the mouse medial prefrontal cortex. Nat. Neurosci. (2019)