运动通过改善PD模型小鼠纹状体D2MSN-D1MSN侧抑制效应调节基底神经节信息输出

目的:通过研究运动及多巴胺II型受体(dopamine type II receptor,D2R)激动剂干预对PD模型小鼠纹状体D2MSN-D1MSN侧抑制效应的影响,揭示运动在改善PD小鼠基底神经节信息输出中的作用及机制。方法:选用4周龄雄性D2-Cre小鼠,右侧纹状体注射兴奋性光敏感蛋白病毒(rAAV-Ef1α-DIO-ChR2-EYFP-WPRE-pA),通过光遗传技术精准操控D2MSN。小鼠随机分为对照组(D2-Cre)和模型组,纹状体分别注射生理盐水和神经毒素6-羟基多巴胺(6-Hydroxydopamine hydrobromide,6-OHDA),经鉴定符合PD标准的模型组小鼠再分为PD组(PDD2-Cre)和PD运动组(PD+Ex D2-Cre)。采用4周匀速跑台运动(18 m/min,40 min/天,连续5天/周)和D2R激动剂分别对各组小鼠进行干预。实验结束后,制备离体脑片,利用全细胞膜片钳结合光遗传技术检测各组小鼠纹状体D2MSN-D1MSN侧抑制效应及黑质网状部的信息输出,并验证侧抑制效应的变化是否由D2R介导。结果:光刺激D2-MSN后,D1-MSN动作电位发放个数PDD2-Cre组显著低于D2-Cre组(P<0.05);PD+ExD2-Cre组显著高于PDD2-Cre组,但仍低于D2-Cre组(P<0.05)。光刺激D2-MSN诱发D1-MSN抑制性突触后电流(Optogenetic stimulation evoked inhibitory postsynaptic currents,oIPSC)的幅值与基线比值,PDD2-Cre组显著高于D2-Cre组(P<0.05),PD+ExD2-Cre组显著低于PDD2-Cre组,但高于D2-Cre组(P<0.05);光刺激D2-MSN诱发黑质网状部(SNr)抑制性突触后场电位(field inhibitory post synaptic potential,fIPSP)最大幅值,PDD2-Cre组显著低于D2-Cre组(P<0.05),PD+ExD2-Cre组显著高于PDD2-Cre组,但低于D2-Cre组(P<0.05)。结论:PD模型小鼠纹状体D2MSN-D1MSN侧抑制效应异常,并影响了SNr的信息输出,这可能是导致PD基底神经节功能紊乱的重要原因之一。4周运动干预通过改善PD模型小鼠纹状体D2MSN-D1MSN侧抑制效应,调节了SNr的信息输出。D2R在运动改善PD小鼠纹状体D2MSN-D1MSN侧抑制效应和调节基底神经节信息输出中起重要作用。

光遗传操控D2-MSNs揭示跑台训练改善帕金森病小鼠运动行为障碍的可能机制

目的:采用光遗传学技术揭示纹状体表达多巴胺Ⅱ型受体的中等多棘神经元(D2-MSNs)在改善帕金森病(PD)小鼠运动行为障碍中的作用。方法:雄性D2-Cre转基因小鼠,随机分成假手术安静组(Control组)、帕金森病组(PD组)、帕金森病运动组(PD+Ex组)和帕金森病光刺激组(PD+Laser组),最终每组样本量为6只。PD+Laser组小鼠纹状体注射包装抑制性光敏感蛋白病毒(rAAV-Ef1α-DIO-eNpHR3.0-EYFP-WPRE-pA),并采用全细胞膜片钳技术记录纹状体D2-MSNs对注入电流的反应,在激光共聚焦显微镜下鉴定病毒转染情况。采用右侧纹状体两点注射6羟基多巴胺(6-OHDA)药物建立偏侧PD小鼠模型,采用阿扑吗啡(APO)诱导旋转试验和纹状体酪氨酸羟化酶(TH)表达评价PD模型可靠性。PD+Ex组小鼠跑台运动干预方案为18 m/min,40 min/d,5 d/w,4 w。采用旷场实验通过运动总距离、平均运动速度和活动模式占比等参数评价各组小鼠自主活动能力,旷场实验中PD+Laser组光刺激方案为波长589 nm、10 mW,30 s光照、30 s关闭、30 s间隔的循环,重复7组,共10 min。结果:模型组小鼠APO旋转试验净旋转圈数>120 r/30 min,6-OHDA损毁侧纹状体TH阳性纤维大量丢失;光刺激前后D2-MSNs对注入电流反应不同,纹状体上光敏感蛋白eNpHR3.0在D2-MSNs表达,证实PD小鼠模型可靠及病毒转染成功。PD组和PD+Ex组总运动距离及平均运动速度较Control组显著降低(P<0.05),PD+Ex组和PD+Laser组总运动距离及平均运动速度较PD组显著增加(P<0.05),且PD+Ex组和PD+Laser组总运动距离、平均速度及活动模式占比等结果基本一致。结论:PD小鼠出现明显自主活动障碍与纹状体DA水平减少,引起D2-MSNs兴奋性改变有关。4周跑台运动干预有效改善了PD模型小鼠自主活动障碍,这一结果与光遗传操控D2-MSNs兴奋性对PD小鼠自主活动行为的影响基本相似。提示纹状体D2-MSNs可能是运动改善PD小鼠运动行为障碍的重要细胞分子靶点。