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责编︱王思珍
帕金森病（PD）患者大脑皮层存在路易体病理，但这种病理如何破坏皮层环路的完整性和功能仍知之甚少。传统的PD病理生理模型认为基底核-丘脑-皮层环路的异常是导致运动症状的主要原因，但近期研究表明运动皮层本身也存在功能紊乱。然而，αSyn聚集如何影响运动皮层神经元的生理特性尚未完全阐明。1. 向小鼠背外侧纹状体注射αSyn预成纤维（PFFs）建立模型
2. 研究αSyn在运动皮层的分布模式
3. 分析带有αSyn聚集的神经元的电生理特性
4. 观察神经元形态学改变
αSyn聚集的空间分布特征
研究发现，αSyn聚集在M2区域比M1区域更为显著，且主要集中在第5层 ITNs中（图1）。这种层特异性分布模式与这些神经元的解剖和生理特性相关。图1. 纹状体注射PFFs后引起ITNs选择性α-突触核蛋白病变（A） 低倍（20×）代表性图像显示ITNs（通过向对侧纹状体注射AAVrg-td-tomato标记，红色)、皮质脊髓神经元（CSNs，通过向脊髓注射AAVrg-EGFP标记，绿色）和病理性α-突触核蛋白（ps129，白色）的分布。（B-E）A中框选区域的高倍 (60×) 图像，分别显示ITNs （B）、CSNs（C）、ps129（D）和合并通道（E）。注意ps129阳性聚集物仅出现在ITNs而非CSNs中，表明纹状体PFF注射后ITNs对α-突触核蛋白病理具有选择性易感性。比例尺: 200 μm（A），100 μm（B-E）。电生理特性改变
通过全细胞膜片钳记录发现,带有αSyn聚集的ITNs出现显著变化（图2）：a. 细胞兴奋性增加
b. 膜电阻升高
c. 细胞电容减小
图2. αSyn聚集诱发M2区神经元的过度兴奋性。（A）实验设计示意图。（B）电生理记录神经元。（C-E） 代表性图像显示生物素标记的M2区ITN神经元：对照组（C），PFFs注射小鼠中的pS129阴性细胞（D），PFFs注射小鼠中的pS129阳性细胞（E）。（F）ITN神经元的代表性动作电位，由体细胞电流注入诱发（1秒内+160 pA、+320 pA和+480 pA）。（G）对照组、pS129阴性和阳性细胞的频率-电流（F-I）关系曲线。（H和I） 汇总结果显示：（H）F-I斜率增加，（I）pS129阳性组相比对照组或pS129阴性组的最大发放频率增加。
为了探究这些改变的离子机制,研究人员使用选择性HCN通道阻断剂ZD7288进行了深入研究（图3）。结果发现：在ZD7288存在的情况下，pS129阳性ITNs的过度兴奋性在小到中等强度的电流注入时被显著抑制。具体表现为：在较小电流注入时，神经元发放频率恢复到正常水平。然而在较大的去极化电流注入时，pS129阳性ITNs仍保持较高的发放频率，这提示：除HCN通道外，可能还有其他离子通道参与调节细胞兴奋性，在强烈去极化状态下可能激活了其他未知的离子机制。a. HCN通道功能障碍是导致αSyn聚集相关的神经元过度兴奋的重要机制之一
b. 这种机制主要影响神经元对弱到中等强度刺激的反应
c. 在强刺激条件下可能还存在其他补偿性或叠加性机制
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图3. 阻断HCN通道可部分逆转αSyn聚集导致的神经元过度兴奋。（A）在存在HCN通道阻断剂ZD7288情况下，pS129阳性ITNs（红线）和pS129阴性ITNs（绿线）的发放频率-电流（F-I）关系曲线。（B）最大发放频率对比显示，即使在HCN通道被阻断的情况下，pS129阳性ITNs仍保持较高的最大发放频率。（C）输入电阻对比显示，在HCN通道被阻断后，pS129阳性ITNs的输入电阻仍然高于pS129阴性ITNs。（D）F-I曲线斜率对比显示，HCN通道阻断后，两组神经元的F-I斜率无显著差异。共聚焦显微镜观察显示，带有αSyn聚集的ITNs出现（图4）：
a. 树突长度缩短
b. 树突棘密度降低约40%
c. 细胞体积显著减小
d. 这些形态学改变可能是导致细胞电容减小的结构基础。
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（A）来自对照组， pS129阴性组和 pS129阳性组的ITNs形态重构图。（B）Sholl分析结果显示pS129阳性组的ITNs的树突分支减少。（C）pS129阳性组的ITNs的基底树突总共长度减少。（D-F）来自对照组， pS129阴性组和 pS129阳性组的ITNs的树突棘典型图。（G）pS129阳性组的ITNs树突棘密度降低，（H）细胞体积变小。本研究为理解PD中的皮层病理生理机制提供了新视角。研究表明在发生明显细胞死亡之前，αSyn聚集已经可以引起神经元功能紊乱。这提示我们在开发PD治疗策略时，应该更早期地关注αSyn聚集对神经元功能的影响。本研究主要集中在单个细胞水平的机制研究，未来还需要进一步探索这些改变如何影响整个神经网络的功能。
原文链接: https://www.nature.com/articles/s41531-024-00867-z转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。
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