帕金森病（Parkinson's disease，PD）是仅次于阿尔茨海默病的第二大常见的神经系统退行性疾病，其发病率在全球范围内逐年上升。PD的神经病理学特征主要是黑质致密带多巴胺能神经元选择性丢失和纹状体轴突末梢 DA 含量减少，病人出现静止性震颤、肌僵直、运动迟缓和姿势不稳等运动症状。近年来多项研究证实未定带深部脑刺激可改善 PD 患者的运动症状，是临床干预的重要靶区。未定带主要以抑制性γ-氨基丁酸（GABA）能神经元为主，同时分布有少量谷氨酸能和多巴胺能等神经元，细胞异质性强。
2023年6月21日，青岛大学脑科学与疾病研究院谢俊霞教授和石丽敏副教授课题组在《iScience》杂志发表了题为“Chemogenetic and optogenetic stimulation of zona incerta GABAergic neurons ameliorates motor impairment in Parkinson's disease”的研究论文。该研究利用光遗传学和化学遗传学手段，报道了未定带的 GABA 能神经元在PD模型小鼠运动症状中的治疗作用，对深入认识未定带对 PD 运动行为的调控提供理论依据。
首先，研究者将pAAV-GAD67-hM4D(Gi)-mCherry-WPRE病毒单侧或双侧注入正常C57/BL6小鼠未定带，发现化学遗传学抑制未定带GABA能神经元后正常小鼠的运动平衡能力及协调能力下降（图1）。
图1. 化学遗传学抑制未定带GABA能神经元影响正常小鼠运动功能
那么，激活未定带GABA能神经元后是否可以改善PD小鼠的运动障碍？研究者采取单侧纹状体注射6-OHDA，同时在同侧未定带注射pAAV-GAD67-hM3D (Gq)-mCherry-WPRE病毒。观察到化学遗传学单次或者连续7天激活未定带GABA能神经元后，小鼠在旷场实验中的总运动距离和速度增加，在平衡木实验中的评分提高，步态障碍得到改善（图2和图3）；连续7天激活未定带GABA能神经元后，高效液相电化学检测显示纹状体区多巴胺含量增加（图3）。以上结果提示化学遗传学激活未定带GABA能神经元可以改善PD小鼠的运动障碍以及黑质-纹状体系统损伤。
图2. 化学遗传学单次激活未定带GABA能神经元改善6-OHDA诱导的PD模型小鼠的运动障碍
图3.化学遗传学连续激活未定带GABA能神经元改善6-OHDA诱导的PD模型小鼠的运动障碍和黑质-纹状体系统损伤
研究者进一步测试了光遗传学激活未定带GABA能神经元是否可以减轻PD小鼠的运动损伤。6-OHDA单侧或双侧注射到纹状体，同时在同侧未定带注射pAAV-GAD67-hChR2(H134R)-EGFP-3xFLAG -WPRE 或EGFP对照病毒。结果显示，与前述化学遗传学结果类似，光遗传学激活未定带GABA能神经元同样可以改善PD小鼠的运动迟缓（图4）。
最后，研究者利用Vgat-Cre小鼠重复上述实验，进一步明确了未定带GABA能神经元在PD运动行为调控中的作用（图4）。
图4. 光遗传学激活未定带GABA能神经元改善6-OHDA诱导的PD模型小鼠的运动障碍
综上所述，该研究利用化学遗传学和光遗传学手段，首次发现并提出抑制未定带的GABA能神经元后，正常小鼠出现运动障碍，化学遗传学单次或者连续激活神经元后，可以改善PD小鼠的运动行为，并增加纹状体多巴胺的含量。光遗传学单侧或双侧激活未定带的GABA能神经元也可以改善6-OHDA诱导的PD小鼠的运动行为。本实验结果为了解未定带GABA能神经元对PD运动的调控提供理论依据。鉴于未定带神经元的异质性，后续研究需进一步证明未定带GABA能神经元调控PD运动的神经环路机制及其与未定带其他神经元之间的相互作用。
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来源 | 逻辑神经科学