脑干蓝斑-脑桥尾侧网状核神经通路调节运动性肌张力控制功能的研究

The efficient motor function must occur in the proper wakefulness state. In central nervous system, the noradrenaline (NA), which is an important wakefulness-promoting neurotransmitter, is mainly composed by the neurons in locus coeruleus (LC). Intriguingly, our recent studies have revealed that in brain slice preparations, NA elicites direct post-/pre-synaptic effects on reticulospinal neurons from the caudal pontine reticular nucleus (PnC), an important motor nucleus for the control of muscle tone during movement. However, it still remains unknown about the roles of the specific LC-PnC noradrenergic pathway in motor functions in vivo. Therefore, in this project, the newly-innovated virus retrograde tracing technique will be used to precisely label this pathway and thus transfect target proteins to help dissecting and manipulating it at first. Through combining several multi-disciplinary techniques including optogenetic methods, in vivo multiple-channel electrophysiological recordings, and behavioral tests, we will observe the effects of the specific activation of LC-PnC neural pathway on the PnC-mediated control function in muscle tone duing movement. Next, from the perspective of PnC local circuit activity, the uderlying circuit mechanisms will be systemically determined. The outcomes from this project will provide some new understandings about the underlying integrated-physiological mechanisms in the ensurance of the efficient motor function by the wakefulness state and possibly some new directions for the appropriate intervention of the deficiency in motor efficiency.

运动功能仅能在良好的觉醒状态下高效执行。脑干中的蓝斑核（LC）是脑内重要觉醒递质去甲肾上腺素（NA）的主要来源，我们先前在离体脑片上的研究工作已揭示，NA能够直接作用于控制运动性肌张力的脑桥尾侧网状核（PnC），且该作用通过复杂的突触前/后受体及耦联离子通道介导。但对于在体情况下，LC-PnC这一特定的NA能通路对于运动功能的具体作用尚很不清楚。本项目拟在新型病毒逆行追踪技术准确转染和标记LC-PnC神经通路的基础上，首先实现对该通路的组成解析和活动操控，以便进一步结合光遗传学、在体多通道电生理记录技术和行为学观察，分析觉醒状态下LC-PnC通路的活动对PnC介导的运动性肌张力控制功能的影响，并在PnC局部环路活动层面系统研究这些影响的环路机制，以期深入理解觉醒状态维持高效的运动功能的整合生理机制，也可能为干预运动效能低下提供新的思路。

运动功能仅能在良好的觉醒状态下高效执行。我们先前的研究揭示，脑干中重要的控制运动性肌张力核团——脑桥尾侧网状核（PnC），接受多种重要促觉醒系统的支配，包括蓝斑核（LC）去甲肾上腺素递质系统和下丘脑orexin促觉醒肽系统等，可能是觉醒状态促进肌张力控制功能重要的靶点，相关神经机制值得深入探索。本项目首先明确了PnC在觉醒期对肌张力控制的特点，发现其功能损伤引起的肌张力下降可被正性情绪加强，甚至表现出猝倒样（cataplexy-like）表型，提示其功能调控与orexin系统更密切相关。因此我们通过新型环路技术，系统解析LC、orexin到PnC神经通路的精细特征，以及它们调节PnC肌张力控制功能的环路机制及生理意义，并将其与临床猝倒症之间关系进行了解析，发现特定情况下orexin-PnC神经通路活动增强，从而增强PnC肌张力控制功能，对抗该情况下PnC被其他通路影响而减弱的活动，对于保持此时肌张力控制的稳态有重要生理意义，且该环路稳态机制被破坏可能是猝倒症的重要病理机制，提示增强PnC相关肌张力控制功能可作为干预该疾病的重要靶点。随后通过细胞、分子层面的研究，我们还系统解析了orexin对PnC神经元的整合性电生理效应及相关机制，揭示其通过影响PnC神经元中非选择性阳离子通道及内源性大麻素合成系统，对PnC神经元产生突触前后复杂的整合效应，相应整合机制及其中涉及的重要分子机制将为干预相关疾病提供更新的思路和靶点。最后鉴于在本项目执行中越来越多的实验研究揭示了下丘脑orexin系统的肌张力调控功能和生理意义，我们还借助本项目的资助继续拓展推进了orexin-蓝斑底核（SLD）通路促进REM睡眠期间肌张力抑制，从而稳定REM睡眠的相关研究。这些研究结果为系统理解睡眠/觉醒状态与肌张力之间关系及干预相关运动疾病提供了参考。