外周血脑细胞来源细胞外囊泡作为中枢神经系统疾病生物标志物研究进展

脑细胞来源细胞外囊泡(brain cell-derived extracellular vesicles,BCDEVs)是由中枢神经系统(central nervous system,CNS)所有神经细胞共同释放的一组含有其来源细胞生物分子的异质性的双层膜结构纳米囊泡,在脑生理及病理状态下,它们正成为神经元、神经胶质细胞和结缔组织之间通信和废物管理的关键介质。基于不同BCDEVs表面特异性分子标记物,目前研究者已成功从外周血中富集不同BCDEVs亚型包括神经元细胞来源细胞外囊泡(neuron-derived extracellular vesicles,NDEVs)、星形胶质细胞来源细胞外囊泡(astrocytes-derived extracellular vesicles,ADEVs)、少突胶质细胞来源细胞外囊泡(oligodendrocyte-derived extracellular vesicles,ODEVs)、小胶质细胞来源细胞外囊泡(microglia-derived extracellular vesicles,MDEVs)、周细胞来源细胞外囊泡(pericyte-derived extracellular vesicles,PDEVs)和内皮细胞来源细胞外囊泡(endotheliocyte-derived extracellular vesicles,EDEVs)。本篇综述首先概述了细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs),同时对目前使用的用于富集外周血不同BCDEVs特异性分子标记物进行概述,最后重点介绍了外周血BCDEVs在CNS疾病中的应用,以阐明其作为生物标志物的潜力,以及它们在实现这一目标时所面临的挑战。

脉冲电磁场对小鼠运动水平及脑内神经递质浓度影响研究

为研究脉冲调制射频电磁场对小鼠运动水平及不同脑区内神经递质浓度的影响,该文将野生型C57BL/6J小鼠随机分为干预组(n=9)和对照组(n=6)。干预组给予脉冲调制射频电磁场刺激,对照组不给予刺激,每天30 min,持续5 d。利用摄像装置记录小鼠运动轨迹,通过高性能液相色谱-质谱联用法检测小鼠脑内神经递质的浓度。测试结果表明,干预组小鼠的运动水平较干预前每天均有下降(P<0.05),皮层内γ-氨基丁酸、多巴胺、乙酰胆碱等神经递质以及色氨酸的浓度有显著变化(P<0.05),5-羟色胺浓度有下降趋势,谷氨酸浓度未有显著变化。对照组小鼠的运动水平、脑内神经递质以及色氨酸和苯丙氨酸的浓度则均未有显著变化。5 d的持续干预后,小鼠的焦虑水平和自主运动未有显著变化。由实验可知,脉冲调制射频电磁场可即时降低小鼠的运动水平,小鼠皮层内γ-氨基丁酸浓度升高可能是引起该现象的部分原因。此外,脉冲调制射频电磁场对小鼠不同脑区内多种神经递质浓度也有不同程度的影响。

谷氨酸递质电化学检测技术的研究与应用进展

过量谷氨酸所致神经兴奋毒性是脑卒中等严重神经系统疾病中脑细胞损伤的主要原因。电化学技术是当前研究中枢神经系统谷氨酸递质的重要检测手段,可对病灶内神经兴奋毒性的特性、程度等进行快速准确的检测评估。因此,谷氨酸传感器的研究与应用对制定更为全面的治疗方案、脑保护策略以及研发新药等都具有重要意义。基于纳米技术、新型生物酶、光刻与印刷技术、晶体管技术的发展,电化学检测谷氨酸技术与应用也得到了大力推动。该文对适用于中枢神经系统谷氨酸检测的电化学传感器的检测原理、传感器设计与制备工艺及其应用等方面的研究进展进行了综述,并对其未来发展趋势进行了展望。

植入式脑机接口在医疗与科研中的作用与应用

脑机接口,目前主要作为一种神经替代体存在,它使电子设备能够直接与大脑的某些部分,通常是大脑皮层进行通信。近几年植入式脑机接口技术取得了非常显著的进步,功能应用方面也有了重大的拓展。最常见的脑机接口应用在医疗方面,典型形式如仅通过采集大脑的信号就能合成出听得懂的语音,通过对大脑感觉皮层进行定点电刺激来获得人工触觉,让上肢瘫痪的患者通过想象拨动手指来使用平板电脑,通过电刺激手部特定肌肉群来恢复对手的控制功能,等等。像脊髓损伤、运动神经元疾病或中风等病症目前是难以治疗的,通过脑机接口的方式可以恢复瘫痪患者的实质性交互功能。另外,在神经科学研究领域,脑机接口也是研究神经替代体和大脑-行为关系中意识和潜意识反馈的强大方法。这两个方面中的研究主流都是针对运动功能的脑机接口。本文回顾了脑机接口的发展以及不同类型的信号源,并分别对面向医疗和面向科研的脑机接口进行介绍。

应激相关中枢脑区和交感神经系统对肿瘤进展的作用

应激无处不在,而感知应激并调节身体机能以应对危险,是生命体生存的重要机制。然而过度或长期的应激则会发展成焦虑(anxiety),损害生物体的健康。近年来大量研究表明,应激和焦虑会促进肿瘤的发生发展。它们主要通过激活交感神经系统(sympathetic nervous system)释放相关的激素或外周神经递质,激活肿瘤细胞及微环境上的相关受体促进肿瘤的增殖、生存及血管生成,导致肿瘤进展的加速,同时也损害机体的免疫反应,使肿瘤细胞逃脱免疫系统的“监控”。然而应激感知和焦虑反应相关的神经环路如何通过交感神经系统与肿瘤关联并影响肿瘤发生发展的确切机制尚不清楚。本文就焦虑相关神经系统网络与交感神经系统的连接及交感系统对肿瘤的影响途径进行总结综述,为未来癌症的治疗奠定理论依据。

焦虑的脑科学研究与临床应用进展

焦虑障碍是我国患病率最高的精神障碍,也是全球第六大致残原因.如何建立精准有效的个体化预防-诊断-治疗体系,成为当前亟须攻克的难题.焦虑障碍主要包括广泛性焦虑障碍(GAD)、惊恐障碍(PD)和社交焦虑障碍(SAD)的亚型;其发病机制和分型机制尚不清楚.本文系统综述了近年来临床焦虑障碍和亚临床焦虑的研究进展,特别是本团队的研究进展,重点从神经认知机制的理论模型和临床应用方面寻求新的见解和研究线索.基于经典认知模型、杏仁核和脑岛中心神经模型,以及静态脑网络模型,我们提出了动态焦虑脑网络模型:强调突显网络、执行控制网络、默认网络和感知网络之间的动态相互作用,这是情绪和认知控制交互作用的基础;网络间的神经振荡负责资源转换和信号同步;去甲肾上腺素系统,特别是蓝斑(LC)-去甲肾上腺素(NE)系统,通过神经递质调节上述过程.本文还总结了焦虑的诊断和预测指标,包括遗传特征、认知特征和神经生物标志物,特别强调了特异频段的神经振荡模式,以及动态脑网络连接,以预测个体化焦虑症状和其他精神疾病.通过在体脑成像、神经环路示踪技术、单细胞组学等技术,全面精准解析焦虑障碍的多维度发病机制,揭示国家一类创新药物GW117抗焦虑分子环路机制及其对机体神经-内分泌-免疫系统的影响,为开发新型抗焦虑药物提供依据;通过采用多模态神经影像、神经生理生化等检测评估手段,筛选和鉴定焦虑障碍预测、识别和早期诊断的客观标记;通过融合多模态脑成像技术和光电磁等神经调控技术,开发个体化精准有效的靶点定位和参数优化方案,筛选和确定焦虑障碍治疗的新型靶标.基于多维度客观标记和新型靶标,在亚临床风险人群和焦虑障碍人群中开展队列研究,构建焦虑障碍人群预测模型,形成焦虑障碍早期预防、精确诊断和有效治疗策略方案.

解析中脑导水管周围灰质的全脑输入网络

借助狂犬病毒与伪狂犬病毒逆向示踪工具解析中脑导水管周围灰质(PAG)在全脑范围内的单级与多级输入网络,基于Vglut2-ire-Cre转基因小鼠,利用逆向腺相关病毒工具绘制PAG的谷氨酸能神经元输入网络,发现下丘脑腹内侧核(VMH)区域的谷氨酸能神经元对PAG有大量投射.为进一步研究投射到PAG的VMH中谷氨酸能神经元的单级上游输入网络,首先验证了携带CaMKⅡα启动子的AAV病毒能够特异性地在VMH区域的谷氨酸能神经元表达,将辅助病毒AAV-CamKⅡα-Cre、AAV-Ef1α-dio-RVG以及AAV-Ef1α-dio-His-eGFP-2a-TVA混合注射于VMH,并在PAG注射RV-ΔG-EnvA-dsRed,实现了VMH-PAG投射特异性的谷氨酸能神经元输入网络的标记.

DMD基因治疗中AAV载体优化的研究进展

杜氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)是一种由抗肌萎缩蛋白(dystrophin)编码基因突变引起的进行性肌肉萎缩疾病,机体无法产生正常功能的dystrophin,最后由呼吸肌或心肌衰竭引发成年早期死亡。全身系统性基因治疗是最大程度治疗DMD的最有效方法。腺相关病毒(adeno-associated virus vector,AAV)是当前极具应用前景的基因治疗载体,在多种遗传性疾病的临床治疗中取得了前所未有的成功。然而,针对DMD的AAV载体基因治疗仍面临巨大挑战,包括无法容纳dystrophin全长编码序列,载体的肌肉靶向性不足且大量滞留在肝脏,AAV在体内大幅降解严重降低转导效率,机体对AAV衣壳蛋白产生免疫反应,AAV规模化制备的实施难度,以及安全性风险等。AAV载体优化旨在利用基因工程技术改变其相关特性以定制适用于DMD基因治疗的最佳载体。本文综述了AAV载体优化的方向及策略,以期跨越DMD基因治疗的障碍。

中枢神经环路调节骨代谢

骨重塑是维持骨稳态(bone homeostasis)的重要过程,人们通常认为骨重塑主要接受内分泌激素调节。近年来,越来越多的证据表明,中枢神经系统通过传出神经直接参与骨稳态调节。虽然,大脑和骨骼组织之间已被证实存在明确的神经连接,但这些神经联系在大脑调节骨稳态中的作用还不十分清楚。本文将关注骨与脑之间的神经联系,分别从中枢神经系统和神经环路(neural circuit)、自主神经系统以及感觉神经系统对骨稳态的调控等方面介绍大脑调控骨代谢(bone metabolism)领域的最新进展。

原发性开角型青光眼患者注意力与焦虑的关系

[目的]探索青光眼患者注意力及其与焦虑的关系.[方法]前瞻性病例观察研究.利用Matlab程序检测20例原发性开角型青光眼(POAG)患者和28例正常志愿者在有干扰及无干扰时的反应时间,并收集其状态焦虑量表(S-AI)、特质焦虑量表(T-AI)评分.两组反应时间的比较采用t检验,抑制效应的比较采用Mann-Whitney U检验,抑制效应和焦虑程度的相关性采用Spearman相关性分析.[结果]POAG患者的S-AI、T-AI评分均明显高于正常者(t=-3.912,P=0.001;t=-2.127,P=0.042).线性回归模型校正性别后两组S-AI、T-AI评分差别仍有统计学意义(β=9.449,P=0.000;β=7.089,P=0.018).POAG患者的平均反应时间(0.84±0.15)s明显长于正常者(0.75±0.14)s(t=-2.127,P=0.039).线性回归模型校正性别后两组的平均反应时间差别无统计学意义(β=0.063,P=0.210).POAG患者的抑制效应为(0.126±0.089)s,长于正常者(0.085±0.066)s(Z=-1.715,P=0.086).抑制效应和S-AI、T-AI评分均无显著统计学相关性(P>0.05).[结论]POAG患者较正常人更易焦虑,注意力无统计学差别.注意力受干扰程度与焦虑程度无明显相关性.

用于长期神经电生理记录的自伸展电极阵列

由于能够实现高时空分辨的神经环路功能解析,微电极阵列已经成为了神经科学研究中的重要工具。然而,目前在自由活动动物中实施长期稳定的电生理记录仍然极具挑战。为此,我们研发了一种可自伸展的多通道电极阵列,并探讨了其应用于长期神经电生理记录的可行性和潜在优势。当电极植入后,其表面的水凝胶包裹层会迅速溶胀并溶解,随后电极阵列的记录通道会在脑组织中自行展开。由于分散的记录通道的直径较小,电极在长期植入后的组织反应显著减轻。得益于此,与传统的四电极(tetrode)相比,这种自伸展电极在长期植入后的界面阻抗显著降低,电生理信号质量更好。上述特性将受益于活体水平的神经环路机制研究。

HSV顺行示踪病毒轴突末梢感染及后续跨突触传播

为验证顺行跨突触示踪工具病毒HSV1 H129经轴突末梢吸收逆行感染后能否继续复制并顺行跨突触传播,利用Cre重组酶依赖复制跨突触及表达荧光报告基因的H129工具病毒(H129ΔTK-TT)和补偿表达Cre的rAAV辅助病毒,在小鼠中枢神经系统进行标记实验.结果表明,H129存在明显的轴突末梢吸收感染,且能够通过逆标的上游神经元起始顺向跨突触传播并标记下游神经网络,从而混杂在H129顺行跨突触标记的神经网络中,干扰示踪结果的准确翻译,提示现行的HSV标记结果可能存在误判,因此需研发更严谨型的HSV1 H129工具病毒系统.

电针刺激合谷穴改善帕金森病模型小鼠运动障碍实验研究

目的观察电针合谷穴对帕金森病(PD)模型小鼠运动障碍的影响及其机制。方法MPTP腹腔注射构建PD小鼠模型。30只雄性C57/BL6J小鼠随机分为对照组、模型组、电针组3组,每组10只。电针组电针“合谷”,20min/次,1次/d,连续5d;对照组和模型组同步麻醉固定,不予治疗。比较各组小鼠运动行为学差异;免疫组化法检测各组小鼠黑质中多巴胺能神经元(TH)和小胶质细胞(IBA-1)的数量;16s测序方式比较各组小鼠粪便在科(family)水平上的差异菌。结果与对照组比较,模型组小鼠爬杆时间延长(P<0.01),悬挂爬行时间延长(P<0.0001),转棒潜伏期缩短(P<0.01);黑质区域小胶质细胞数量增多(P<0.01),多巴胺能神经元数量减少(P<0.01);肠道内链霉菌丰度增加(P<0.05),分支杆菌丰度增加(P<0.01)。与模型组比较,电针组小鼠爬杆时间缩短(P<0.01),悬挂爬行时间缩短(P<0.05),转棒潜伏期延长(P<0.05);黑质区域小胶质细胞数量减少(P<0.01),多巴胺能神经元数量增加(P<0.05);肠道内链霉菌丰度减少(P<0.01),分支杆菌丰度减少(P<0.01)。结论电针合谷穴通过改变肠道菌群的组成,抑制中枢神经系统炎症,减少多巴胺能神经元丢失,改善帕金森病小鼠的运动障碍。

凉味剂对电子烟气溶胶吸入小鼠模型的成瘾性作用研究

目的:本实验采用电子烟气溶胶慢性暴露小鼠模型,结合经典的奖赏性行为及戒断焦虑行为检测手段,研究电子烟雾化液及其凉味添加剂(WS-23)对成瘾行为的影响。方法:本实验分为溶剂组(PG/VG)、纯尼古丁组(PG/VG+尼古丁)、纯凉味剂组(PG/VG+WS-23)、凉味尼古丁组(PG/VG+WS-23+尼古丁)。实验小鼠在经过连续4周、每天半个小时的电子雾化液气溶胶全身雾化暴露后,采用条件位置性偏好实验以及情绪行为检测实验对各组雾化液气溶胶的奖赏性偏好和戒断症状进行评估。结果:(1)长期短时程周期气溶胶暴露并未引起小鼠明显的奖赏性偏好行为;纯凉味剂及凉味尼古丁气溶胶暴露导致小鼠产生明显的厌恶性行为。(2)停止暴露48小时后,凉味尼古丁气溶胶慢性暴露小鼠表现出一定程度的焦虑样行为;纯凉味剂及凉味尼古丁气溶胶暴露小鼠的运动减少;(3)纯尼古丁及凉味尼古丁气溶胶暴露小鼠戒断48小时后血清检测皮质酮水平都有升高趋势,提示含尼古丁气溶胶戒断后小鼠有焦虑相关的激素反应。结论:本研究通过建立电子烟气溶胶慢性暴露小鼠模型并结合奖赏相关行为学分析,鉴定了凉味剂本身不具有奖赏性,在与尼古丁雾化液混合后降低含尼古丁气溶胶对小鼠的奖赏性刺激。本研究中建立的技术方法将为电子雾化产品的成瘾性精神作用评估提供研究依据。

外周血差异表达基因用于慢性主观性耳鸣客观分型的可行性研究:以高频耳鸣为例

目的探讨联合加权基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)及随机森林算法构建基于外周血差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)的主观性耳鸣客观分型模型的可行性。方法2019年10月至2020年6月期间,对中山大学附属第三医院37例慢性主观性高频耳鸣患者(代偿型21例,失代偿型16例)及20名健康志愿者通过高通量测序获得外周血DEGs。采用WGCNA构建不同表达模式的基因模块,并分析各自与耳鸣特征之间的关系。随后采用随机森林算法构建分型模型,并通过受试者工作特征曲线下面积(area under the curve,AUC)、准确度和F1-score对分型性能进行评价。结果12351个组间DEGs被分成9个基因模块,其中MEblue、MEgreen和MEbrown与健康志愿者组呈负相关,MEpink与耳鸣困扰组呈正相关。基于MEblue及MEpink分别构建"耳鸣-正常"及"代偿-失代偿"分型模型,AUC均>0.80,准确度均>90%,F1-score均>0.90,分型性能良好。结论外周血DEGs是慢性主观性耳鸣客观分型的潜在生物学指标,而WGCNA和随机森林算法的联合应用是构建慢性主观性耳鸣客观分型模型的可行方案。但模型的外延、跨数据集性能的验证,以及模型算法的优化仍需进一步探索并完善。

压力应激韧性的神经机制

抑郁症是最常见的精神疾病之一,其患病人群在不断增长.并且,抑郁症的终生患病率为15%~18%,即大约每5人中就有一个人在其一生中经历过抑郁发作.压力应激作为一种环境因素是抑郁症的主要成因之一.经历了压力应激却没有发展至抑郁症的人群具有压力应激韧性(resilience).探索压力应激韧性的神经机制,对抑郁症在临床上预防和治疗将发挥至关重要的作用.本文主要关注压力应激韧性的神经机制的研究进展,首先简要介绍了压力应激韧性研究中常用的慢性社交挫败应激模型(chronic social defeat stress,CSDS),其次重点对压力应激韧性相关的大脑区域在分子、细胞和神经环路水平上的研究进展进行总结,接下来介绍压力应激韧性的临床前机制研究所带来的临床转化,最后讨论和展望压力应激韧性在未来的研究方向.

Behavior Atlas:新型智能化动物行为三维采集和精细分析系统

近年来,光遗传学、高通量神经电极、活体显微成像等新技术为神经科学领域的相关研究带来了具有变革意义的发展机遇,但目前科研人员对动物行为进行观测和评价量化的手段仍然相对简单,这也成为深入理解神经科学进程中的一大瓶颈。中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所脑功能图谱与行为研究中心团队自主创新研发了名为BehaviorAtlas的新型智能化动物行为三维采集和精细分析系统,这一成果有望为神经行为学的基础研究和脑疾病的新药筛选提供更多助力。