触觉刺激诱发小脑皮层神经环路突触可塑性机制研究

The external information transferred to cerebellar cortex via mossy fiber-granule cell-parallel fiber pathway that induces long-term synaptic plasticity in cerebellar circuitry. This change of synaptic plasticity is considered as the mechanism of cerebellar motor learning. Cerebellar circuitry synaptic plasticity have been widely and detailed studied in cerebellar slices, but these studies are difficult to reveal the mechanism of cerebellar motor learning. Therefore, studying the sensory stimulation-evoked synaptic plasticity in cerebellar cortical neuronal circuitry in living animals is a new pathway to reveal the mechanism of cerebellar motor learning. Applicant have found previously that repeated air-puff stimulation of ipsilateral whiskerpad induced long-term depression (LTD) at molecular interneuron-Purkinje cell synapses (MLI-PC) in cerebellar cortical Crus II in vivo in mice, indicating that sensory stimulation may induce synaptic plasticity in cerebellar cortical neuronal circuitry. However, up to now, the synaptic sites and mechanisms of sensory stimulation-evoked synaptic plasticity in cerebellar circuitry are unclear. Therfore, applicant will employ in vivo whole-cell patch-clamp recording, immunohistochemistry and neuropharmacology methods to investigate the mechanisms and conditions of facial stimulation-evoked synaptic plasticity at MF-GC, PF-PC, PF-MLI and MLI-PC synapses in vivo in mice. We aim to investigate the cellular and synaptic mechanisms of cerebellar motor learning. Our results will provide theoretical a certain evidence for understanding the mechanisms of cerebellar movement disorder.

外部信息经苔状纤维-颗粒细胞-平行纤维途径传人小脑皮层后可诱发小脑环路突触传递发生长时程可塑性变化，这种可塑性变化被认为是小脑运动学习机制。在小脑切片上，小脑环路突触可塑性研究广泛而深入，却难以揭示运动学习记忆机制，因此，研究感觉刺激诱发活体动物小脑皮层神经环路突触可塑性成为揭示小脑运动学习机制的新途径。前期研究发现重复吹风刺激小鼠触须垫可在中间神经元（MLI）-浦肯野细胞（PC）突触部位产生长时程压抑，表明感觉刺激可诱发小脑皮层神经环路发生可塑性变化，但迄今，感觉刺激诱发小脑环路发生长时程可塑性的突触部位及发生机制还不清楚。因此，申请人拟采用在体膜片钳、组织化学和神经药理学方法，在活体动物上研究面部触觉刺激诱发小脑皮层MF-GC、PF-PC、PF-MLI和MLI-PC突触可塑性的诱发条件及发生机制，探讨小脑运动学习细胞与突触机制。研究成果将为阐明小脑运动障碍性疾病提供一定的理论依据。

小脑是重要的运动中枢，小脑神经环路的突触可塑性变化，被认为是运动学习的细胞基础。在离体条件下，研究人员做了大量小脑神经环路突触长时程可塑性的研究，但难以完全揭示运动学习记忆机制。本项目应用在体膜片钳、神经药理学和组织化学手段，研究面部触觉刺激诱发小脑皮层苔状纤维-颗粒细胞（MF-GC）、平行纤维-浦肯野细胞（PF-PC）、平行纤维-分子层中间神经元（PF-MLI）和分子层中间神经元-浦肯野细胞（MLI-PC）突触诱导长时程可塑性的条件及发生部位，并进一步探讨小脑皮层神经环路长时程可塑性的发生机制，旨在阐明小脑运动学习细胞与突触机制。具体研究成果如下：.（1）发现在颗粒细胞层20Hz高频面部触觉刺激诱导在体小鼠小脑皮层NMDA受体依赖的，GABAA受体和NO参与，并经由PKC信号通路介导的MF-GC 突触传递发生LTP。而4Hz低频触觉刺激可诱发MF-GC突触LTD，具有频率依赖性。.（2）发现给予以1Hz 而不是2Hz，4Hz的面部刺激可诱导产生一个持久的MLI-PC突触GABA能突触传递LTD，同时伴随着浦肯野细胞简单锋电位暂停时间的减少。触觉刺激可通过活化NMDA受体，诱导产生内源性大麻素依赖性MLI-PC GABA能突触传递LTD。.（3）脑表面灌注NO供体，SNAP后重复面部刺激未能诱导出对照组小鼠的MLI-PC LTD，提示NO供体的应用可阻止小鼠产生MLI-PC LTD。NO供体和CB1受体阻断剂共同作用，1 Hz面部刺激诱导小鼠MLI-PC LTP而不是MLI-PC LTD。.（4）1Hz触觉刺激未诱导小鼠小脑皮层PF-MLI突触产生长时程变化，在小脑皮层传递MLI-PC突触GABAergic LTD，分子层中间神经元在触觉信息处理中起到低通滤过的作用。.（5）阻断MLIs的抑制性传入，1Hz触觉刺激可以激活小鼠小脑皮层神经环路中的NMDA受体GluN2A亚型，经由PKA信号通路介导小鼠小脑皮层PF-PC突触产生LTP，而触觉刺激诱发的PF-PC突触传递的LTP与mGluR1受体活化无关（待发表数据）。