Nat Neurosci︱小脑通过PCs-PBN的环路影响前脑的功能

根据文献报道，小脑除了影响平衡、运动功能，也参与着情绪调节，但是传统观点认为DCN的神经元不直接投射到前脑。但是小脑是如何影响前脑的功能，其背后的神经环路机制目前尚不明确。在此背景下，2023年11月22日哈佛医学院神经生物学系的Wade G. Regehr在Nature neuroscience 发文揭示了小脑的PCs影响前脑的功能的神经环路及分子机制。

首先，作者用了 PCP2-cre/Halo的转基因小鼠，特异性的在浦肯野细胞上表达视紫红质，透过颅骨给光照从而抑制后小脑引部的PCs，同时在杏仁核、丘脑、隔区、基地前脑检测电生理信号。结果显示：抑制小脑蚓部的PCs放电会迅速影响杏仁核、中隔和基底前脑的放电。在杏仁核、丘脑、隔区、基底前脑逆行示踪显示：杏仁核、隔区、基底前脑主要接受来自PBN的投射，丘脑主要接受DCN的投射。这组实验表明：抑制小脑的PCs的放电可以诱发多个PBN脑区支配的脑区的段潜伏期的反应。

为了探究小脑PCs是如何影响前脑的。猜测小脑的PCs是通过调控PBN脑区影响前脑的功能。在PBN进行逆行示踪，在小脑的皮层发现了PCs的胞体。然后作者在PCs顺行示踪，发现小脑的PCs主要投射向DCN,少量的投射向PBN和VN，染LC脑区和PBN 脑区的TH和vGAT  immunity荧光显示，发现小脑的PCs主要投射到PBN^GABA明显高于LC^GABA。并且发现小脑的PCs向多个脑区均有投射。在体和离体的光遗传抑制小脑的PCs，在PBN多电极阵列检测这组实验表明：光遗传抑制PCs-PBN，PBN脑区的放电频率加快；光遗传兴奋PCs-PBN，可以诱发PBN脑区的IPSC。这组实验从结构和功能上证明了PCs-PBN有投射。

为进一步探究PCs-PBN这个局部环路的功能，作者用光遗传的方法抑制PCs-PBN，电生理验证光遗传调控系统正常后，监测了小鼠的瞳孔、呼吸、条件性位置偏好、旷场。结果显示：光遗传学抑制PCs-DCN可导致小鼠呼吸加快、瞳孔增大；光遗传学抑制PCs-DCN不影响小鼠的运动功能，可导致条件性位置厌恶。

为了从结构和功能上证明，小脑叶PCs调控的PBN神经元进一步影响了前脑的多个脑区。作者又对PCs投射到的PBN脑区的神经元进行了顺行示踪，结果发现了受PCs影响的PBN神经元进一步投射到基底前脑、杏仁核、中隔。光遗传学抑制受PCs影响的PBN神经元，前脑的多个脑区的神经元的C-fos信号确实受到影响。这组实验从结构和功能上证明了：小脑叶PCs调控的PBN神经元进一步影响了前脑的多个脑区。

作者对小脑叶PCs调控的PBN神经元进行snRNA测序，聚类了多个相互关联的基因簇，具有多种功能，PCs直接抑制许多类型的��有多种功能的PBN神经元，在我们的簇中表明，PCs并不能抑制所有类型的PBN细胞。

综上所述，本文揭示了DCN的神经元不直接投射到前脑，小脑的PCs直接抑制PBN，再投射到前脑神经元，抑制PCs-PBN可以产生条件位置性厌恶行为。RNA测序分子分型发现，PCs可以抑制PBN具备各种功能的神经元。

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