何志刚团队揭示同时调控心跳、血压、骨骼肌和运动的大脑-脊髓投射神经元通路

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来源: | 作者:康森特生物科技 | 发布时间: 2024-05-17 | 729 次浏览 | 分享到:

2024年5月10日波士顿儿童医院何志刚教授团队在Cell杂志发表文章揭示延髓头端腹内侧区的脊髓投射神经元同时调控运动和交感神经活动。

兴奋性rVMM SPNs同时激活躯体运动和交感神经活动

研究团队通过改造的病毒工具SPNs分布在皮层、下丘脑、中脑、小脑、脑桥和髓质等大脑多个脑区。光遗传学激活红核(RN)、桥脚核(PPN)、桥脑网状核(PnO)、外侧背盖核(LDTg)、蓝斑下核(SubC)、嘴侧网状核尾部(PnC)外侧旁巨细胞核（ LPGi）等7个脑区兴奋性SPNs引起骨骼肌收缩，激活下丘脑室旁核兴奋性SPNs引起血压升高，激活延髓头端腹内侧区（rVMM，包括）可同时引起骨骼肌收缩、血压升高、心跳加快。

光激活投射到脊髓胸椎水平(T3或T9)的rVMM 兴奋性SPNs引起骨骼肌收缩、血压升高、心跳加快，在横切断C4水平脊髓（T3或T9的上游）后光激活投射到T3兴奋性SPNs后仍然可引起上述变化，表明兴奋性rVMM SPNs通过其直接的脊髓投射激活躯体运动和交感神经活动。

图1：兴奋性rVMM SPNs通过其直接的脊髓投射激活躯体运动和交感神经活动

抑制性rVMM SPNs抑制躯体运动和交感神经活

研究人员进一步通过光遗传学技术慢性激活深度麻醉或从麻醉状态逐渐苏醒小鼠的抑制性rVMM SPNs后抑制骨骼肌收缩，降低血压，减少心跳，表明抑制性rVMM SPNs通过其直接的脊髓投射抑制躯体运动和交感神经活动。

病毒示踪实验进一步发现兴奋性rVMM SPNs主要投射在脊髓的运动前神经元聚集的中间核，抑制性rVMM SPNs主要投射在脊髓的胸核/背核，在脊髓中间外侧柱交感神经节前神经元（SPGNs）存在上述两种类型的rVMM SPNs。

图2、抑制性rVMM SPNs通过其直接的脊髓投射抑制躯体运动和交感神经活动

兴奋性和抑制性rVMM SPNs调控不同行为状态的躯体运动和交感神经活动

光纤钙成像记录到在小鼠运动状态和快速眼动睡眠期间兴奋性rVMM SPNs钙离子活性增加最为显著，在非快速眼动睡眠期间钙离子活性较低。而抑制性rVMM SPNs钙离子活性在运动期间钙离子活性较低。在不同速度的强迫跑步训练实验中，高速跑步可激活兴奋性rVMM SPNs神经元，抑制性rVMM SPNs神经元活性降低。

在静止状态，慢性抑制兴奋性rVMM SPNs后抑制骨骼肌收缩，降低血压，不影响心跳活动。在旷场行为中抑制兴奋性rVMM SPNs后减少小鼠运动距离，在强迫跑步训练实验中也无法跟上高速运动。慢性抑制抑制性rVMM SPNs后增加小鼠运动距离，增加活跃期，减少快速眼动睡眠持续时间，肌肉松弛，血压和心跳降低。