前包钦格复合体Burstlet放电与呼吸节律产生相关的神经微环路

The preBötC is a heterogeneous population and preBötC burstlet is postulated to determine the timing of breathing. Our previous studies suggest that the onset of activity in preinspiratory Dbx1+ neurons initiates each inspiration; inspiratory activity in Dbx1+ and SST+ neurons primarily act in a patterning role to transmit activity from rhythmogenic preBötC neurons and shape inspiratory motoneuronal activity. In anesthetized and behaving mice, we propose to combine an optogenetic approach with pharmacology to identify the role of Dbx1+ and SST+ neurons in generation of preBötC burstlet. By using the adeno-associated virus dependent neural tract tracing, we propose to map the efferent projections of preBötC SST+ and GlyT2 neurons. These findings will provide the foundation for highly constrained and testable models with the potential to provide a clear understanding of generation and modulation of respiratory rhythm.

前包钦格复合体（preBötzinger complex, preBötC）是由一些异源的神经元组成的神经元群，preBötC的Burstlet放电被认为决定了呼吸节律产生的时机。通过前期研究我们提出preBötC的Dbx1+前吸气神经元的活动引发了吸气，Dbx1+和SST+吸气神经元主要起模式生成作用，传递preBötC节律产生神经元的活动且塑造吸气运动神经元的活动。我们将光遗传技术结合药理学干预，以表达光蛋白的麻醉成年小鼠和自由活动状态的小鼠为研究对象，探讨preBötC的Dbx1+和SST+神经元在Burstlet放电形成的神经微网络中所起的作用。我们还将结合依赖腺相关病毒的神经元示踪技术，研究preBötC的SST+神经元和GlyT2神经元的纤维投射网络。实验结果将有助于构建有实验数据支持的呼吸节律产生相关的神经微环路模型，极大增进我们对于呼吸节律的产生及调控机制的认识。

叹息式呼吸是一种长而深的呼吸，通常被视为压力、悲伤、疲惫或解脱的表现。通常状态下，人的叹息是不被注意到的，平均每几分钟自发发生一次，大约每小时十几次。除了表达情绪以外，自发的节律性的叹息式呼吸对于预防肺不张和维持肺泡正常顺应性至关重要，然而节律性的叹息式呼吸产生的机制至今尚不明确。我们运用了光遗传、化学遗传学（DREADD）、药理学干预、双光子钙成像、RNAscope原位杂交和全细胞膜片钳等技术，对节律性叹息式呼吸产生的关键神经环路进行了研究。.在麻醉状态的成年小鼠中我们发现光刺激激活面神经核旁区域的GRP或NMB神经元，足以引发叹息式呼吸。我们还发现GRP和NMB神经元并不是叹息发生所必须的，实验中避开此突触前输入，直接利用光刺激激活preBötC的GRPR或NMBR神经元，会即刻引发叹息式呼吸，且利用化学遗传学技术激活preBötC的GRPR或NMBR神经元也会引起叹息频率的增加。我们发现preBötC的GRPR和NMBR神经元在参与节律性叹息式呼吸的产生中具有不同的机理。利用RNAscope原位杂交技术、全细胞膜片钳记录和双光子钙成像技术，我们还揭示了preBötC的GRPR和NMBR神经元的不同电生理特性和分布特征。最后，我们用光遗传学和化学遗传学方法揭示了preBötC的SST神经元是将平静吸气转化成叹息式呼吸的关键神经元，且在产生节律性叹息的神经环路中位于GRPR和NMBR神经元下游位置。