用光遗传学结合电生理技术研究帕金森病小鼠模型基底神经节环路功能失调导致运动症状的新机制

帕金森病因黑质多巴胺能神经元死亡导致基底神经节通路活动模式异常而产生运动障碍。作为基底神经节直接与间接通路源头的纹状体中两种不同中型多棘神经元，其活动模式在运动及时相条件下的病理变化对揭示帕金森病运动症状的机制至关重要。但鉴于纹状体的异源结构和方法局限，至今未能在体区分、记录这两种神经元，也未能直接建立基底神经节通路震荡模式异常与帕金森病运动症状之间的因果关系。本课题拟应用光遗传学新技术与电生理相结合，分别在帕金森病模型小鼠的两种中型多棘神经元中表达ChR2，以在体区分并分别记录它们各自活动模式的病理改变；检验通过选择性激活快速放电中间神经元改变基底神经节通路震荡模式的方法能否缓解帕金森病运动症状。以此在神经通路功能水平揭示帕金森病运动症状的机制，建立基底神经节通路震荡模式异常与帕金森病运动症状的因果关系，探索通过改变基底神经节通路震荡模式治疗帕金森病运动症状的新途径。

帕金森病（PD）因黑质多巴胺能神经元死亡导致基底神经节通路活动模式异常而产生运动障碍。作为基底神经节通路源头的纹状体中不同种类的神经元，其活动模式在运动状态下的病理变化对揭示PD运动症状的机制至关重要。纹状体中的直接通路与间接通路中形多棘神经元混杂在一起，数目相当且形态相同，导致目前还没有一种方法可以在在体电生理实验中快速、准确地区分这两种中形多棘神经元。纹状体中的快速放电中间神经元仅占总神经元数目的5%，在自由活动的状态下对其进行在体电生理记录难度很大。由于无法特异性操控特定神经元的活动模式，以往的研究仅停留在基底神经节活动模式异常与PD运动障碍的相关性上，而不能建立两者的直接因果关系。本课题应用光遗传学技术与在体电生理技术相结合，建立D1-ChR2和D2-ChR2两种小鼠，分别在直接与间接通路中型多棘神经元中特异性表达 channelrhodopsin-2（ChR-2）。通过在体多通道光电极记录，实现了在在体电生理实验中快速、准确地区分直接与间接通路中型多棘神经元的目标。在清醒自由活动状态下记录纹状体中形多棘神经元与快速放电中间神经元在PD小鼠中活动模式的异常。发现PD小鼠中快速放电中间神经元在动物处于运动状态下放电频率升高，在运动及静止状态下爆发式放电均升高，与场电位的同步放电在低频段（δ）增强而高频段（β）减弱。中型多棘神经元的放电频率、爆发式放电及同步放电在运动及静止状态下均无明显改变。通过在间接通路中形多棘神经元中表达ChR-2，应用光刺激在自由活动的小鼠中特异性激活间接通路中形多棘神经元可引起PD运动症状,建立了间接通路活性升高与PD运动症状的直接因果关系。