一項新研究揭示了有關(guān)腦干中去甲腎上腺素神經(jīng)元的許多意想不到的事實
藍(lán)斑中產(chǎn)生去甲腎上腺素的神經(jīng)元被發(fā)現(xiàn)具有兩種不同類型的細(xì)胞,它們通過縫隙連接進(jìn)行線性連接,這一新發(fā)現(xiàn)對神經(jīng)精神病學(xué)具有深遠(yuǎn)的意義。
德克薩斯兒童醫(yī)院Jan and Dan Duncan神經(jīng)學(xué)研究所
3月16日消息
腦干中一個稱為藍(lán)斑(Locus coeruleus,LC)的小核是主要神經(jīng)調(diào)節(jié)劑去甲腎上腺素(NE)的主要來源,NE 是動物“戰(zhàn)斗或逃跑”反應(yīng)的重要介質(zhì)。然而,對這一雖小但至關(guān)重要的神經(jīng)元群的局部聯(lián)系知之甚少。德克薩斯兒童醫(yī)院(Texas Children's Hospital)Jan and Dan Duncan 神經(jīng)學(xué)研究所(Duncan NRI)研究員、貝勒醫(yī)學(xué)院(Baylor College of Medicine)助理教授江小龍博士的實驗室最近在《eLife》發(fā)表了一項開創(chuàng)性研究,揭示了成年小鼠藍(lán)斑的細(xì)胞組成和回路組織。
研究于2023年2月3日發(fā)表在《eLife》(最新影響因子:8.713)雜志上
“在這項研究中,我們承擔(dān)了繪制藍(lán)斑內(nèi)產(chǎn)生 NE 的神經(jīng)元的局部連接的艱巨任務(wù),”江博士說,“這是首次對藍(lán)斑進(jìn)行如此規(guī)模和細(xì)節(jié)空前的研究,事實上,對任何單胺類神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)都是如此。我們的研究顯示,藍(lán)斑內(nèi)的神經(jīng)元具有出乎意料的豐富細(xì)胞異質(zhì)性和局部接線邏輯!
藍(lán)斑感覺到危險并提醒其他腦區(qū)
已知藍(lán)斑(LC)容納了大腦中絕大多數(shù)釋放去甲腎上腺素的神經(jīng)元,并調(diào)節(jié)許多基本腦功能,包括戰(zhàn)斗和逃跑反應(yīng)、睡眠/覺醒周期以及注意力控制。LC 神經(jīng)元存在于腦干的腦橋區(qū)域,感知外部環(huán)境中任何存在的危險或威脅,并發(fā)送信號提醒其他腦區(qū)即將發(fā)生的危險。
LC 神經(jīng)元的主要作用是釋放去甲腎上腺素(一種神經(jīng)遞質(zhì)和激素),增加警覺性和促進(jìn)覺醒,調(diào)節(jié)睡眠/覺醒周期和記憶。去甲腎上腺素水平改變與抑郁癥、焦慮癥、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、恐慌發(fā)作、多動癥、心臟病和藥物濫用有關(guān)。因此,更好地了解 LC 神經(jīng)元的功能是理解和確定許多神經(jīng)精神和神經(jīng)退行性疾病的治療方法的關(guān)鍵。
藍(lán)斑有兩種不同的細(xì)胞亞型,通常通過縫隙連接進(jìn)行線性連接
LC 神經(jīng)元曾被視為對整個大腦產(chǎn)生全局、一致影響的同質(zhì)神經(jīng)元群,但最近的研究表明,LC 神經(jīng)元是去甲腎上腺素能細(xì)胞的異質(zhì)性群體,表現(xiàn)出空間和時間模塊化。這些發(fā)現(xiàn)激發(fā)了江博士及其團(tuán)隊對 LC 神經(jīng)元功能多樣性的細(xì)胞和回路機(jī)制的研究興趣。
為此,該團(tuán)隊必須克服一些技術(shù)障礙,以便能夠同時測量成年小鼠腦切片中幾個 LC 神經(jīng)元的活性。例如,盡管在過去幾十年中,同時記錄兩個以上神經(jīng)元的細(xì)胞內(nèi)信號的技術(shù)已被用于研究皮質(zhì)回路,但由于空間限制和每個腦片中細(xì)胞數(shù)量有限,使用該技術(shù)記錄腦干中的小核(如LC)一直具有挑戰(zhàn)性。在這項研究中,通過優(yōu)化切片質(zhì)量并使其記錄系統(tǒng)適應(yīng)小的腦干切片,江實驗室的研究生、論文的第一作者 Andrew McKinney 首次成功地同時記錄了多達(dá) 8 個 LC 神經(jīng)元。
這一技術(shù)發(fā)展使 Andrew 和團(tuán)隊中的其他人對 LC 神經(jīng)元是如何組織以及它們是如何運作的做出了一些意想不到的觀察。
首先,與該領(lǐng)域新出現(xiàn)的觀點一致,他們發(fā)現(xiàn) LC 中產(chǎn)生去甲腎上腺素的神經(jīng)元是多樣的。此外,他們發(fā)現(xiàn),根據(jù)其形態(tài)和電特性,可將其分為至少兩種主要細(xì)胞類型,這些亞型在 LC 中占據(jù)不同的空間位置(解剖龕位)。該發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步深入研究成年動物 LC 提供了堅實而急需的基礎(chǔ)。
其次,他們發(fā)現(xiàn) LC 神經(jīng)元不形成化學(xué)突觸,這是神經(jīng)元之間最常見的連接類型。相反,它們形成電突觸,并通過縫隙連接相互連接。這是一個意想不到的發(fā)現(xiàn),因為傳統(tǒng)觀點認(rèn)為,通過縫隙連接的電耦合主要存在于發(fā)育中的 LC 中,而不是成年動物的 LC 中。
第三,他們發(fā)現(xiàn)相同亞型的 LC 神經(jīng)元彼此電連接,但不與另一種神經(jīng)元連接,為 LC 的功能模塊化提供了第一個細(xì)胞和回路線索,并開辟了理解功能模塊化如何在去甲腎上腺素能系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生并動態(tài)控制不同過程的通路。這些發(fā)現(xiàn)表明,考慮到每種細(xì)胞類型在 LC 中具有優(yōu)先解剖位置和不同的投射靶,每種細(xì)胞內(nèi)電耦合的同型網(wǎng)絡(luò)可以協(xié)調(diào)或協(xié)同它們作為一個整體的輸入或輸出,以參與回路的不同功能,因為它們將信息從大腦運送到各種靶,例如肌肉或腺體。
最后,與中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元之間典型的化學(xué)突觸的網(wǎng)狀連接不同,單個亞型的 LC 神經(jīng)元被發(fā)現(xiàn)彼此形成獨特的線性鏈狀電連接。這為電耦合神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在大腦中是如何組織的提供了第一個實驗線索。
藍(lán)斑/去甲腎上腺素神經(jīng)元的電生理特性
“這項研究揭示了一些尚未探索的問題,特別是關(guān)于藍(lán)斑的細(xì)胞和回路組織,也為大腦生理學(xué)的其他更廣泛方面提供了一些新的見解,”江博士說,“我們預(yù)計,這些新發(fā)現(xiàn)將引起細(xì)胞、系統(tǒng)和計算神經(jīng)科學(xué)家的廣泛興趣,并將激發(fā)未來的幾項研究,以了解 LC 中的每個神經(jīng)元如何相互作用,從而形成一個同步的網(wǎng)絡(luò)。此外,鑒于 LC 的失調(diào)與許多神經(jīng)精神和神經(jīng)退行性疾。òㄗ蚤]癥和阿爾茨海默。┯嘘P(guān),這些發(fā)現(xiàn)為解讀這些疾病的細(xì)胞和回路機(jī)制提供了重要的知識庫!
開業(yè)于1954年的德克薩斯兒童醫(yī)院
參考文獻(xiàn)
Source:Texas Children's Hospital
A comprehensive circuit mapping study reveals many unexpected facts about the norepinephrine neurons in the brainstem
Reference:
Andrew McKinney, Ming Hu, Amber Hoskins, Arian Mohammadyar, Nabeeha Naeem, Junzhan Jing, Saumil S Patel, Bhavin R Sheth, Xiaolong Jiang. Cellular composition and circuit organization of the locus coeruleus of adult mice. eLife, 2023; 12 DOI: 10.7554/eLife.80100
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原文標(biāo)題 : 一項新研究揭示了有關(guān)腦干中去甲腎上腺素神經(jīng)元的許多意想不到的事實
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