一项新研究揭示了有关脑干中去甲肾上腺素神经元的许多意想不到的事实

原创 Duncan NRI 阿尔茨海默病

蓝斑中产生去甲肾上腺素的神经元被发现具有两种不同类型的细胞，它们通过缝隙连接进行线性连接，这一新发现对神经精神病学具有深远的意义。

德克萨斯儿童医院Jan and Dan Duncan神经学研究所

3月16日消息

脑干中一个称为蓝斑（Locus coeruleus，LC）的小核是主要神经调节剂去甲肾上腺素（NE）的主要来源，NE 是动物“战斗或逃跑”反应的重要介质。然而，对这一虽小但至关重要的神经元群的局部联系知之甚少。德克萨斯儿童医院（Texas Children's Hospital）Jan and Dan Duncan 神经学研究所（Duncan NRI）研究员、贝勒医学院（Baylor College of Medicine）助理教授江小龙博士的实验室最近在《eLife》发表了一项开创性研究，揭示了成年小鼠蓝斑的细胞组成和回路组织。

研究于2023年2月3日发表在《eLife》（最新影响因子：8.713）杂志上

“在这项研究中，我们承担了绘制蓝斑内产生 NE 的神经元的局部连接的艰巨任务，”江博士说，“这是首次对蓝斑进行如此规模和细节空前的研究，事实上，对任何单胺类神经递质系统都是如此。我们的研究显示，蓝斑内的神经元具有出乎意料的丰富细胞异质性和局部接线逻辑。”

蓝斑感觉到危险并提醒其他脑区

已知蓝斑（LC）容纳了大脑中绝大多数释放去甲肾上腺素的神经元，并调节许多基本脑功能，包括战斗和逃跑反应、睡眠/觉醒周期以及注意力控制。LC 神经元存在于脑干的脑桥区域，感知外部环境中任何存在的危险或威胁，并发送信号提醒其他脑区即将发生的危险。

LC 神经元的主要作用是释放去甲肾上腺素（一种神经递质和激素），增加警觉性和促进觉醒，调节睡眠/觉醒周期和记忆。去甲肾上腺素水平改变与抑郁症、焦虑症、创伤后应激障碍、恐慌发作、多动症、心脏病和药物滥用有关。因此，更好地了解 LC 神经元的功能是理解和确定许多神经精神和神经退行性疾病的治疗方法的关键。

蓝斑有两种不同的细胞亚型，通常通过缝隙连接进行线性连接

LC 神经元曾被视为对整个大脑产生全局、一致影响的同质神经元群，但最近的研究表明，LC 神经元是去甲肾上腺素能细胞的异质性群体，表现出空间和时间模块化。这些发现激发了江博士及其团队对 LC 神经元功能多样性的细胞和回路机制的研究兴趣。

为此，该团队必须克服一些技术障碍，以便能够同时测量成年小鼠脑切片中几个 LC 神经元的活性。例如，尽管在过去几十年中，同时记录两个以上神经元的细胞内信号的技术已被用于研究皮质回路，但由于空间限制和每个脑片中细胞数量有限，使用该技术记录脑干中的小核（如LC）一直具有挑战性。在这项研究中，通过优化切片质量并使其记录系统适应小的脑干切片，江实验室的研究生、论文的第一作者 Andrew McKinney 首次成功地同时记录了多达 8 个 LC 神经元。

这一技术发展使 Andrew 和团队中的其他人对 LC 神经元是如何组织以及它们是如何运作的做出了一些意想不到的观察。

首先，与该领域新出现的观点一致，他们发现 LC 中产生去甲肾上腺素的神经元是多样的。此外，他们发现，根据其形态和电特性，可将其分为至少两种主要细胞类型，这些亚型在 LC 中占据不同的空间位置（解剖龛位）。该发现为进一步深入研究成年动物 LC 提供了坚实而急需的基础。

其次，他们发现 LC 神经元不形成化学突触，这是神经元之间最常见的连接类型。相反，它们形成电突触，并通过缝隙连接相互连接。这是一个意想不到的发现，因为传统观点认为，通过缝隙连接的电耦合主要存在于发育中的 LC 中，而不是成年动物的 LC 中。

第三，他们发现相同亚型的 LC 神经元彼此电连接，但不与另一种神经元连接，为 LC 的功能模块化提供了第一个细胞和回路线索，并开辟了理解功能模块化如何在去甲肾上腺素能系统内产生并动态控制不同过程的通路。这些发现表明，考虑到每种细胞类型在 LC 中具有优先解剖位置和不同的投射靶，每种细胞内电耦合的同型网络可以协调或协同它们作为一个整体的输入或输出，以参与回路的不同功能，因为它们将信息从大脑运送到各种靶，例如肌肉或腺体。

最后，与中枢神经系统神经元之间典型的化学突触的网状连接不同，单个亚型的 LC 神经元被发现彼此形成独特的线性链状电连接。这为电耦合神经元网络在大脑中是如何组织的提供了第一个实验线索。

蓝斑/去甲肾上腺素神经元的电生理特性

“这项研究揭示了一些尚未探索的问题，特别是关于蓝斑的细胞和回路组织，也为大脑生理学的其他更广泛方面提供了一些新的见解，”江博士说，“我们预计，这些新发现将引起细胞、系统和计算神经科学家的广泛兴趣，并将激发未来的几项研究，以了解 LC 中的每个神经元如何相互作用，从而形成一个同步的网络。此外，鉴于 LC 的失调与许多神经精神和神经退行性疾病（包括自闭症和阿尔茨海默病）有关，这些发现为解读这些疾病的细胞和回路机制提供了重要的知识库。”

开业于1954年的德克萨斯儿童医院

参考文献

Source：Texas Children's Hospital

A comprehensive circuit mapping study reveals many unexpected facts about the norepinephrine neurons in the brainstem

Reference：

Andrew McKinney, Ming Hu, Amber Hoskins, Arian Mohammadyar, Nabeeha Naeem, Junzhan Jing, Saumil S Patel, Bhavin R Sheth, Xiaolong Jiang. Cellular composition and circuit organization of the locus coeruleus of adult mice. eLife, 2023; 12 DOI: 10.7554/eLife.80100

免责声明

本公众号上的医疗信息仅作为信息资源提供与分享，不用于或依赖于任何诊断或治疗目的。此信息不应替代专业诊断或治疗。在做出任何医疗决定或有关特定医疗状况的指导之前，请咨询你的医生。

阅读原文