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2024年5月10日波士頓兒童醫院何志剛教授團隊在Cell雜志發表文章揭示延髓頭端腹內側區的脊髓投射神經元同時調控運動和交感神經活動。
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興奮性rVMM SPNs同時激活軀體運動和交感神經活動
研究團隊通過改造的病毒工具SPNs分布在皮層、下丘腦、中腦、小腦、腦橋和髓質等大腦多個腦區。光遺傳學激活紅核(RN)、橋腳核(PPN)、橋腦網狀核(PnO)、外側背蓋核(LDTg)、藍斑下核(SubC)、嘴側網狀核尾部(PnC)外側旁巨細胞核( LPGi)等7個腦區興奮性SPNs引起骨骼肌收縮,激活下丘腦室旁核興奮性SPNs引起血壓升高,激活延髓頭端腹內側區(rVMM,包括)可同時引起骨骼肌收縮、血壓升高、心跳加快。
光激活投射到脊髓胸椎水平(T3或T9)的rVMM 興奮性SPNs引起骨骼肌收縮、血壓升高、心跳加快,在橫切斷C4水平脊髓(T3或T9的上游)后光激活投射到T3興奮性SPNs后仍然可引起上述變化,表明興奮性rVMM SPNs通過其直接的脊髓投射激活軀體運動和交感神經活動。
圖1:興奮性rVMM SPNs通過其直接的脊髓投射激活軀體運動和交感神經活動
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抑制性rVMM SPNs抑制軀體運動和交感神經活
研究人員進一步通過光遺傳學技術慢性激活深度麻醉或從麻醉狀態逐漸蘇醒小鼠的抑制性rVMM SPNs后抑制骨骼肌收縮,降低血壓,減少心跳,表明抑制性rVMM SPNs通過其直接的脊髓投射抑制軀體運動和交感神經活動。
病毒示蹤實驗進一步發現興奮性rVMM SPNs主要投射在脊髓的運動前神經元聚集的中間核,抑制性rVMM SPNs主要投射在脊髓的胸核/背核,在脊髓中間外側柱交感神經節前神經元(SPGNs)存在上述兩種類型的rVMM SPNs。
圖2、抑制性rVMM SPNs通過其直接的脊髓投射抑制軀體運動和交感神經活動
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興奮性和抑制性rVMM SPNs調控不同行為狀態的軀體運動和交感神經活動
光纖鈣成像記錄到在小鼠運動狀態和快速眼動睡眠期間興奮性rVMM SPNs鈣離子活性增加最為顯著,在非快速眼動睡眠期間鈣離子活性較低。而抑制性rVMM SPNs鈣離子活性在運動期間鈣離子活性較低。在不同速度的強迫跑步訓練實驗中,高速跑步可激活興奮性rVMM SPNs神經元,抑制性rVMM SPNs神經元活性降低。
在靜止狀態,慢性抑制興奮性rVMM SPNs后抑制骨骼肌收縮,降低血壓,不影響心跳活動。在曠場行為中抑制興奮性rVMM SPNs后減少小鼠運動距離,在強迫跑步訓練實驗中也無法跟上高速運動。慢性抑制抑制性rVMM SPNs后增加小鼠運動距離,增加活躍期,減少快速眼動睡眠持續時間,肌肉松弛,血壓和心跳降低。
圖3: 興奮性rVMM SPNs和抑制性rVMM SPNs在脊髓的投射
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總結
本文通過病毒示蹤和光遺傳學技術揭示了大腦中可同時調控軀體運動和交感神經活動的rVMM SPNs,并進一步發現抑制性和興奮性rVMM SPNs在調節不同覺醒狀態下的軀體運動和交感神經活動中具有相反的作用。
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