前额叶皮层GABA能神经元长程输入环路结构精细解析

As major inhibitory neuron in the central nervous system, GABAergic neuron can selectively inhibit projection neuron and control the excitatory-inhibitory balance. The anatomical information about these neurons, such as where they are, where they project and where they receive the signals from, are all critical information for understanding the function of GABAergic circuits in learning, memory and neural disease. GABAergic neurons in prefrontal cortex receive long ascending projections of multiple types of neurons from many brain areas, but the field lacks a central repository that is capable of ingesting, integrating and quantitatively describing these GABAergic circuit. Using viral neuronal tracing and fluorescence micro-optical sectioning tomography, we will initially characterize the distribution of GABAergic neuron and their input circuits in the 3D regions. With the whole brain precise imaging, we will reconstruct the morphology and investigate the cell types of the input neuron based on the anatomical location of their projected branch. Moreover, together with 5XFAD mice, we will analyze the changes on GABAergic neuron distribution, afferent projection and the input circuits during disease development. This project will deconstruct the GABAergic circuits and give insight into the functional and pathological studies of medial prefrontal cortex.

GABA能神经元是中枢神经系统中主要的抑制型神经元，可选择性抑制投射神经元的活动，所组成的传入传出神经环路与学习记忆等高级功能以及退行性神经疾病等功能异常有明显关联。对GABA能神经环路结构的解析，获取不同亚类神经元解剖分布、输入/输出环路的组成和分支连接等信息是理解该环路功能的基础。本课题拟将转基因小鼠、病毒示踪、显微光学断层成像等技术相结合，旨在获取小鼠内侧前额叶皮层不同亚类GABA能神经元三维空间分布信息，并实现对其上游神经环路的标记和单神经元水平成像，分析上游传入神经元的全脑分布，及其轴突分支的共投射脑区。在此基础上，利用阿尔兹海默病模型小鼠，研究GABA能神经元环路的变化，获取前额叶皮层不同亚类GABA能神经元及其上游环路与阿尔兹海默病的因果关联。本研究将有助于深入了解抑制性神经环路结构，并进一步为探索神经疾病的防治途径和诊断方法提供重要的参考。

前额叶皮层GABA能神经元作为中枢神经系统的主要抑制性神经元，在调控工作记忆、决策等高级功能中发挥重要角色，并与退行性疾病中脑功能异常密切相关。对GABA能神经环路结构的解析是理解其功能的基础。本项目旨在获取小鼠内侧前额叶皮层GABA能神经元的三维空间分布规律，建立其上游输入环路的全脑分布图谱，进而研究阿尔兹海默症（Alzheimer disease, AD）病理变化与前额叶皮层GABA能神经环路的关联。.本项目围绕总体任务，按照计划完成了所有研究内容，达到预期目标。通过小鼠杂交，建立了荧光标记GABA能神经元的AD小鼠模型小鼠，通过旷场、新旧物体识别、高架迷宫等行为范式，以及课题组自行发展的全脑Aβ染色和分析技术，验证了小鼠的病理特征。为了在全脑范围内获取GABA能神经元环路结构信息，结合病毒示踪技术，实现了对小鼠内侧前额叶皮层三种主要亚型小清蛋白阳性（parvalbumin-positive, PV+）、生长抑素阳性（somatostatin-positive, SOM+)、血管活性肠多肽阳性（vasoactive intestinal polypeptide-positive, VIP+）神经元的长程输入神经元特异标记。并发展了适用于多种标记特点的大体积生物样本制备技术，实现了对生物组织精细结构和荧光信号的有效保持，建立了在全脑范围内快速、多样本、高分辨成像技术。基于这些方法，本研究系统性绘制了内侧前额叶皮层不同亚区三种亚型GABA能神经元的长程输入环路图谱，并对比分析了AD疾病中神经元空间分布规律、输入环路的退行性变化。进一步结合光遗传、突触标记和全脑成像等对物体认知记忆功能损伤的环路机制进行了探索。本研究有助于深入理解GABA能神经元参与抑制性神经环路的结构和功能，将为探索神经疾病的机制研究和诊治方法提供有力工具和重要解剖学参考。