黑质-嗅球多巴胺能投射在嗅觉及帕金森病嗅觉障碍中的作用

Olfactory dysfunction is a common non-motor symptom of Parkinson’s disease (PD), which occurs in the early-stage. Recent study demonstrated the existence of a direct axonal dopaminergic projection from the substantia nigra to the olfactory bulb, which may be the neural basis of olfactory dysfunction in PD. In this proposal, we will study systematically how dopaminergic nigro-olfactory projection modulates the function of olfaction and the role of projection in olfactory dysfunction of PD. Firstly, in DAT-cre transgenic mouse specific for dopaminergic neurons, virus tracing provides direct evidence for the existence of dopaminergic nigro-olfactory projection. Secondly, we will regulate the dopaminergic nigro-olfactory projection activity by optogenetics in DAT-cre transgenic mice, in vivo electrophysiological recording and brain slices recording study systematically the modulation of olfactory bulb by dopaminergic nigro-olfactory projection. Finally, we will reduce the nigro-olfactory projection by 6-OHDA substantia nigra injection mouse model of Parkinson's disease. By Go/No-Go olfactory behavioral experiment, in vivo electrophysiological recording and fiber photometry,we will study the effect of nigro-olfactory projection on olfactory function and olfactory bulb mitral cell function before motor dysfunction, to clarify the role of nigro-olfactory projection in olfactory dysfunction of Parkinson's disease.

嗅觉障碍是帕金森病早期最为常见的非运动障碍。最近有研究发现黑质多巴胺能神经元有到嗅球的神经投射，该神经环路可能是帕金森病嗅觉功能障碍的神经基础。本项目将深入研究黑质-嗅球多巴胺能投射对嗅觉功能的调控以及在帕金森病早期嗅觉障碍中的作用。首先，在多巴胺能神经元特异的DAT-cre转基因小鼠，进行病毒示踪检测黑质到嗅球多巴胺能投射情况，为该投射存在提供直接证据；其次，在DAT-cre转基因小鼠上采用光遗传学特异地调节多巴胺能神经活动，通过在体电生理记录、脑片膜片钳及药理学等方法，研究该投射对嗅球功能的调控及其神经机制。最后，以建立帕金森病模型的方法，在黑质注射6-羟多巴胺（6-OHDA），减少对黑质-嗅球多巴胺能神经投射，通过Go/No-Go嗅觉行为学、在体电生理记录、光纤成像等方法，研究运动障碍前该投射对嗅觉及嗅球僧帽细胞功能的影响，阐明黑质-嗅球多巴胺能神经投射在帕金病早期嗅觉障碍中的作用。

第一部分:. 嗅觉障碍是帕金森病早期最为常见的非运动障碍。本项目研究黑质-嗅球的多巴胺能投射在帕金森病早期嗅觉障碍中的作用及神经机制。通过病毒示踪技术证实了黒质到嗅球多巴胺能神经投射的存在。研究发现帕金森病小鼠模型早期，黒质注射6-OHDA注射后7天，部分黒质（约50%）多巴胺神经元丢失，此时无明显运动障碍发生，但已导致小鼠对食物气味的探测、气味的分辨以及嗅觉相关的空间记忆发生损伤，模拟了帕金森病早期嗅觉障碍。通过在体电生理及光纤钙成像记录，发现部分黒质多巴胺神经元的丢失可增强嗅球局部场电位自发振荡，并减低beta振荡及高频gamma振荡对气味刺激的反应，并提高僧帽/簇状细胞钙活动对气味诱发的反应。综合以上结果提示，帕金森病早期嗅觉障碍的神经机制可能是由于黒质多巴胺能神经元的丢失及到嗅球的多巴胺能投射减少引起的嗅球僧帽/簇状细胞的高兴奋性，进而影响嗅球对嗅觉信息的处理，导致嗅觉功能的障碍。..第二部分：. 瘦素是由脂肪细胞分泌的多肽类激素，除了作用于下丘脑调节摄食作用外，对嗅觉功能也有重要调控。本研究着重探讨瘦素对小鼠嗅觉功能的影响及其内在神经机制。研究发现腹腔注射及嗅球注射瘦素均降低小鼠对气味分辨的能力；在体电生理记录发现瘦素可降低嗅球僧帽/簇状细胞的自发单位放电频率，改变嗅球局部场电位对气味的反应；光纤钙成像记录发现瘦素降低僧帽/簇状细胞及颗粒细胞群体钙活动对气味的反应；脑片膜片钳记录发现瘦素可通过电压敏感性钾通道降低僧帽细胞的兴奋性。综合以上结果提示，瘦素降低小鼠对气味的分辨能力，可能是通过作用于钾通道降低嗅球僧帽/簇状细胞的兴奋性引起的。瘦素引起的嗅觉功能的下降进而可导致小鼠对食物摄取的减少，为瘦素调节摄食行为提供新的嗅觉神经通路。