皮层-状纹体Glu能通路在运动调节PD大鼠纹状体MSNs可塑性中的作用及机制研究

Parkinson's disease (PD) is a kind of neurodegenerative disease which causes serious damage to the elderly health. In the basal ganglia, degeneration and necrosis of the dopamine neurons (DA) in the substantia nigra lead to the decrease of DA synthesis, and the changes in the structure and function of the medium spiny neurons (MSNs) of the striatum is one of the important pathogenic factors. Our studies confirmed that exercise can promote the striatal MSNs plasticity in PD model of rats. We speculate that the mechanism might be related to the decrease of the corticostriatal glutamatergic neural path transmission. Therefore, SD rats will be chosen as the research object. 6-OHDA will be injected into the right medial forebrain bundle (MFB) to establish the animal model of unilateral PD. Treadmill training of different intensity will be used to carry out the exercise intervention. The shape and structure of MSNs, glutamatergic synaptic transmission efficacy, corticostriatal synchronous electrical activity and the relationship with the changes of behavior will be examined to reveal the important role of exercise to regulate the plasticity of corticostriatal glutamatergic pathways. This project not only provide new ideas to explain the neurobiological mechanisms of exercise modulating the behavioral function of PD model of rats, but also provide scientific basis for the improvement of clinical treatment of PD.

帕金森病（PD）是严重危害老年人健康的一种神经退行性病变。基底神经节中黑质多巴胺（DA）神经元变性、坏死，DA合成减少，使纹状体中等棘状神经元（MSNs）的结构与功能改变是其重要致病机制之一。本课题组前期研究证实，运动可促进PD大鼠纹状体MSNs的可塑性，推测其机制可能与皮层-纹状体谷氨酸（Glu）能神经通路传递减弱有关。为此，本项目拟选择SD大鼠为研究对象，用6-OHDA右侧内侧前脑束（MFB）注射建立单侧PD动物模型，采用不同强度跑台训练方式进行运动干预，从MSNs形态结构、Glu能突触传递效能、皮层-纹状体同步电震荡活动及其与行为功能变化的关系等方面，揭示皮层-纹状体Glu能神经通路在运动调节PD大鼠纹状体MSNs可塑性方面的重要作用及其机制，为阐明运动改善PD大鼠行为功能的神经生物学机制提供新的思路，也为进一步提高PD的临床治疗效果提供科学依据。

本研究以清洁级雄性SD大鼠或C57BL/6小鼠为研究对象，采用脑内定点注射神经毒素6-羟基多巴胺（6-OHDA）建立偏侧帕金森病（Parkinson’s disease, PD）动物模型，通过阿朴吗啡（apomorphine, APO）诱导旋转实验和黑质、纹状体酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxxylase，TH）免疫组织化学方法检测验证PD动物模型的可靠性。研究采用4周中等强度的跑台运动干预方案，通过步态、爬杆、转棒、平衡木、旷场等行为学手段综合评价大鼠/小鼠运动行为功能的变化。利用在体与离体电生理学、光遗传学、活体微透析-高效液相色谱、逆行神经示踪、细胞与分子生物学等多种神经科学的研究技术与方法，围绕皮层-纹状体谷氨酸（glutamate, Glu）突触可塑性、皮层-纹状体通路同步电振荡与功能连接、纹状体多巴胺（dopamine, DA）/Glu水平、中等棘状神经元（medium spine neurons, MSNs）树突棘形态及超微结构、MSNs兴奋性和侧抑制效应及运动行为功能变化的关系等方面展开研究。研究结果证实：运动干预通过调节皮层端脑内侧束 （intratelencephalic，IT）和锥体束（pyramidal tract，PT）神经元兴奋性，降低皮层-纹状体通路β振荡同步性，改善PD模型动物皮层-纹状体通路功能连接；运动干预通过加速星形胶质细胞对胞外Glu的摄取转运，降低Glu兴奋性毒作用，抑制皮层-纹状体Glu突触传递效能，缓解PD模型动物基底神经节兴奋-抑制失衡；PD模型动物纹状体MSNs树突棘运动依赖可塑性选择性发生在间接通路的MSNs（D2-MSNs），且与突触连接蛋白Syn、突触后致密蛋白-95（PSD-95）有关；代谢型谷氨酸受体（mGluR）2/3和多巴胺D2受体（D2DR）是运动调控PD模型动物纹状体MSNs结构与功能可塑性的分子作用靶点；内源性大麻素系统（endocannabinoid system，eCBs）在运动调控PD模型动物皮层-纹状体Glu通路功能可塑性中具有重要作用。本研究从多层次、多角度揭示了皮层-纹状体Glu通路在运动介导PD模型动物纹状体MSNs可塑性中的重要作用与机制，为进一步阐释PD运动防治的神经生物学机制提供了有价值的科学依据，同时为制定精准化运动康复处方奠定了研究基础。