曹鹏/马元武/张凡联合团队揭示自我修饰的闭环运动神经环路

2021年12月20日北京生命科学研究院研究员曹鹏、中国医学科学院医学实验动物研究所马元武、河北医科大学张凡联合研究团队揭示了调控自我修饰行为的大脑-脊髓感觉运动神经环路。

将玉米油（一种粘性异物）滴在成年雄性小鼠的口面部，以唤起对口面部进行重复的自我修饰。敲除与痒觉相关的胃泌素释放肽受体（GRPR）或瞬时受体电位阳离子通道亚家族 V 成员 1 (TRPV1)后，均不影响玉米油诱导自我修饰行为。通过抑制三叉神经节Aδ-LTMR后能够抑制玉米油引起自我修饰行为，但抑制C类LTMR并不会发挥这种抑制作用。

三叉神经复合体的分支

三叉神经节的感觉神经元投射到脑干中的三叉神经复合体存在多个分支，包括吻侧三叉神经主核(Pr5)和三叉神经脊束核(Sp5)。Sp5可进一步细分为三叉神经脊束核吻侧部（Sp5O）、极间部(Sp5I)和尾侧部（Sp5C）亚核。通过化学遗传学技术分别抑制上述亚核团，结果发现只有抑制Sp5C才阻碍玉米油引起的自我修饰行为。

原位杂交实验发现Sp5C核团神经元表达小脑肽2（Cbln2）、小清蛋白 (PV)、胆囊收缩素(CCK) 和神经肽 Y（NPY）。通过cre工具小鼠特异性抑制上述Cbln2、PV、CCK和NPY能神经元活性后，只有Cbln2能神经元活性降低后阻碍玉米油引起的自我修饰行为。

急性光激活Sp5C区域Cbln2能神经元后诱发前肢有节奏的运动，类似于重复的口面部自我修饰，而在通过慢性激活该类型神经元后能够引起这种前肢运动长达2小时。这些结果表明在三叉神经脊束核的亚核Sp5C存在一类感觉相关的重复自我修饰行为的神经元- Cbln2能神经元。

电生理实验和免疫荧光实验表明Sp5C区域Cbln2能神经元主要是兴奋性神经元。光纤钙成像技术发现在进行自我修饰行为后Cbln2能神经元钙离子活性显著升高。

为了进一步弄清楚Sp5C区域Cbln2能神经元的输入和输出，他们通过逆行示踪病毒发现Cbln2能神经元主要接受来自于对侧三叉神经节、初级躯体感觉皮层、下丘脑室旁核、丘脑旁核 (PSTh) 和红核 (RN)等输入，通过顺行示踪病毒发现其投射到对侧腹后内侧核（VPM）和同侧臂旁外侧核（LPB）、脊髓。

调控spinal→Sp5C Cbln2环路

脊髓是控制前肢运动的重要区域。研究人员通过病毒实现特异性慢性激活脊髓投射到 Sp5C Cbln2能神经元(spinal→Sp5C Cbln2环路）能够引起自我修饰样的前肢运动，抑制该神经环路后能够阻碍玉米油或足底电击引起的自我修饰行为。光纤钙成像技术进一步证实了spinal→Sp5C Cbln2能神经元在玉米油诱导的自我修饰行为中钙离子活性显著增加。

进一步的免疫荧光实验发现spinal→Sp5C Cbln2能神经元整合来自于三叉神经节TrkB阳性神经元、 TRPV1阳性神经元,  室旁核的促皮质素释放激素(CRH)神经元的输入。

总的来说，本文揭示了脊髓三叉神经节存在一类调控小鼠自我修饰行为的特异性神经元Sp5C Cbln2能神经元，该神经元接受来自于脊髓运动神经元的输入，解释了大脑是如何协调脊髓完成自我修饰行为的。

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