多巴胺能球周细胞对嗅球神经回路和气味反应的调节作用

The olfactory system is an ideal model system to study the coding mechanism in sensory systems. In mammals, olfactory sensory neurons expressing a specific odorant receptor gene project with precise stereotypy onto mitral/tufted cells in the olfactory bulb. Interneurons in the olfactory bulb are supposed to mediate intra- and inter-glomerular connections and contribute to signal processing in the olfactory bulb. Periglomerular cells is one kind of interneurons whose soma are located in the glomerular layer. Some periglomerular cells are dopaminergic neurons and coexpress markers for DA and GABA. Using virus mediated gene expression approach, we explore the role of periglomerular dopaminergic neurons in odor processing. First, we inject AAV into the olfactory bulb of TH-Cre mice to induce channelrhodopsin2 expression in dopaminergic neurons. Dopaminergic neurons are selectively stimulated by light activation. Physiological recordings in brain slice are performed to examine the stimulation effects on membrane properties of bulbar neurons and olfactory circuits. Then, using in vivo extracellular recordings, we investigate the stimulation effects on molecular receptive field and dose-response curve of odor responses of mitral cells. Finally, we ablate periglomerular dopaminergic neurons and observe the leison effects on olfactory sensitivity in behaving animals. Understandings of olfactory circuits and odor coding mechanism should be further improved through this study.

嗅觉系统是感觉系统中研究神经编码机制的理想模型之一，它在解剖结构上具有高度精确的连接特异性。嗅球中的球周细胞是一类中间神经元，它们负责嗅小球之间的相互联系。部分球周细胞是多巴胺能的神经元，这些细胞在嗅球的信号处理中起到什么作用尚不明确。本课题运用病毒介导基因表达的方法，结合电生理记录、行为学测试等手段，探索多巴胺能的球周细胞对嗅觉信息编码的调节作用。首先，通过病毒诱导多巴胺能的球周细胞表达光激活蛋白ChR2，在嗅球脑片上用光激活这些神经元观察其对嗅球内部神经回路的影响。然后，使用在体细胞外记录的方法，观察多巴胺能球周细胞的激活对僧帽细胞气味感受域和浓度-反应曲线的影响。最后，特异性地损伤多巴胺能的球周细胞，观察其对动物嗅觉检测灵敏度的影响。通过本课题的研究，有望增进人们对嗅球内部神经回路的认识，加深对嗅觉系统神经编码机制的理解。

多巴胺是中枢神经系统内一种重要的神经递质，发挥很多重要的生理功能，如对认知活动和运动功能的调控等。对帕金森病患者早期临床研究表明，脑内多巴胺水平与嗅觉功能有关。研究多巴胺在嗅觉信息处理中所起的作用可能对探索神经退行性疾病的发病机制和早期诊断有一定的临床意义。本项目运用病毒介导基因表达的方法，结合电生理记录、行为学测试等手段，探索多巴胺能的球周细胞对嗅觉信息编码的调节作用。研究发现，97%的多巴胺能球周细胞同时表达TH和GAD67。表达ChR2-mCherry的多巴胺能球周细胞在光刺激下可产生动作电位；给予嗅球脑片光刺激兴奋多巴胺能球周细胞后，可在外丛状细胞上记录到外向电流和超极化反应，外向电流可被GABA受体的拮抗剂阻断。特异性激活多巴胺能球周细胞可降低小鼠对TMT气味的检测阈值。这些结果表明多巴胺能球周细胞可以共释放多巴胺和GABA，这些细胞通过释放GABA作用于周围的外丛状细胞，抑制外丛状细胞，调节外丛状细胞的信号输出。多巴胺能球周细胞对外丛状细胞的调节在嗅球信息处理中发挥重要作用，从而影响到动物的气味检测能力。