递质剥夺诱导纹状体神经环路及其突触损害机制的实验证实

The striatal circuits and synapses are morphologic basis in sensorimotor, learning and mnemonic as well as cognitive functions, which are critically involved in the pathomechanism of neuron degeneration. Threfore, this research project utilizes the model of neurotransmitter deprivation, and the morphological and molecular biological techniques to examine; 1. Morphological characteristics of synaptic connection for cortical, thalamic, mesocephalic inputs targeting striatal different neuron types, and the synaptic connected relation among striatal different neuron types; 2.The alterations for animal behavioristics and striatal energy metabolism induced by neurotransmitter deprivation, and striatal circuit and synaptic structure, including morphology, number, density, connective locus of pre-synaptic and post-synaptic elements, and the expression level for related protein induced by neurotransmitter deprivation; Changes of protein and gene expression level for striatal DA and Glut neurotransmission pathways; Striatal neuron apoptosis and its molecular mechanism induced by neurotransmitter deprivation. The present project aimed to further replenish and perfect morphological frame and synaptic connection of striatal circuit, and definitely confirmed striatal circuit and synapse disruption induced by neurotransmitter deprivation. These morphological data are valuable in fully understanding the morphological structures and the physiological functions, and the nerve degenerative disease's pathomechanism of striatal circuit and synaptic connection.

纹状体神经环路及突触连接是行使感觉运动、学习记忆、情感认知机能的形态基础，同时也密切牵涉到神经退变性疾病的病理机制。为此，本项目借助神经递质剥夺模型，以及多种形态和分子生物学技术证实；①正常皮质、丘脑、中脑突触输入分别与纹状体不同类型神经元之间突触连接，以及纹状体不同类型神经元相互之间突触连接特征；②递质剥夺对实验动物行为学及纹状体神经元代谢机能的影响；对纹状体神经环路及其突触结构的影响；包括不同来源的突触前和不同性质的突触后成分的形态、数量、突触密度和连接位点，相应蛋白表达水平；对纹状体DA和Glut突触信号通路上相关成分的蛋白和基因表达水平的影响；致使纹状体神经元凋亡及分子机制。此研究旨在补充和完善纹状体环路及突触连接的形态学框架，以及证实递质剥夺对纹状体环路及突触结构的损害机制。此实验资料对于认识和理解纹状体神经环路及突触连接的形态结构、生理机能、以及神经退变病理机制具有重要意义。

黒质作为PD原发区长期被关注，事实上PD时黒质DA能神经元丢失仅仅导致纹状体DA供应减少（称此为递质剥夺），关键是受其调节的纹状体神经元所出现系列的形态和机能变化。与此同时，黒质-纹状体通路损害牵涉到皮质-和丘脑-纹状体谷氨酸通路，它们三者之间的平衡被认为是维系纹状体神经元结构完整和机能稳定的关键。我们在此前提下借助目前项目的支持展开系列研究，实验探察证实；1）PD模型大鼠的黒质-纹状体通路阻断，导致作为其突触后的纹状体投射和中间神经元的严重损伤。2）随着黒质-纹状体通路的阻断，作为占纹状体90%以上的直接和间接通路神经元及其突触输入连接显示不同的敏感特异性反应。3）进一步证实黒质-纹状体DA能通路阻断明显导致皮质-和丘脑-纹状体谷氨酸能通路的变化；特别突触连接的形态结构损害和相关蛋白表达上调，致使谷氨酸突触输入的活性增强。4）在黒质-纹状体通路阻断（PD模型）前提下，同时损害部分皮质-纹状体通路能明显减轻纹状体神经元的损伤，以及HMGB1/RAGE/NF-κB分子通路在此病理过程中的作用。5）胶质细胞为纹状体组织结构的重要成员，被认为借助谷氨酸递质-受体与神经元交流。目前研究证实其在DA递质剥夺病理过程中呈现强烈反应，特别是星形胶质细胞。在目前课题资助下，本实验室完成了其它一些相关内容的研究并取得满意成绩。共计发表了9篇具有重要价值的SCI论文，3篇中国科技核心期刊论文。培养毕业的博士生4名，硕士毕业生3名。正资助2名在读博士生，3名在读硕士生，以及1名专职科研人员的研究工作。目前课题的研究对于证实和揭示PD病理机制具有科学价值和临床制定PD治疗策略具有指导意义。