外側(cè)下丘腦orexin神經(jīng)元與內(nèi)側(cè)前額葉皮層交互投射的亞區(qū)差異性研究.pdf

1、內(nèi)側(cè)前額葉皮層（medial prefrontal cortex,mPFC）是與意識、注意力、抉擇、學習記憶等認知功能高度相關的腦區(qū)。在解剖學上，mPFC從背-腹方向可以分為前扣帶區(qū)（anterior cingulate area，AC）,邊緣前區(qū)（prelimbic area，PL）和邊緣下區(qū)（infralimbic area，IL）；在頭-尾軸上可以分為頭端(rostral part)、中間段(middle part)、尾端(cau

2、dal part)。mPFC在功能上具有明顯的亞區(qū)差異性。AC區(qū)與認知活動的準確性有關；PL區(qū)主要參與情緒相關的認知過程；IL區(qū)在沖動控制中起重要作用。在目標導向的認知行為中mPFC的激活具有明顯的頭-尾層級梯度；獎賞行為中，mPFC內(nèi)與獎賞信息相關的神經(jīng)活動從頭端向尾端逐漸遞減。mPFC相關功能的實現(xiàn)和維持依賴于良好的覺醒狀態(tài)。覺醒是腦內(nèi)特殊的皮層下促覺醒腦區(qū)上行興奮皮層的結(jié)果。目前，對于腦內(nèi)的促覺醒系統(tǒng)與mPFC結(jié)構和功能亞區(qū)差異性

3、的關系仍不清楚。
　　外側(cè)下丘腦（lateral hypothalamus，LH）的orexin神經(jīng)元被認為在覺醒的產(chǎn)生和維持中發(fā)揮著關鍵性作用?；仡櫸墨I發(fā)現(xiàn)，LH區(qū)對mPFC的纖維投射具有明顯的亞區(qū)差異性。通過逆行束路示蹤技術，研究者觀察到LH區(qū)神經(jīng)元向AC亞區(qū)發(fā)出纖維投射的密度明顯高于PL區(qū)和IL區(qū)。而對于LH區(qū)起源的神經(jīng)纖維在mPFC頭-尾方向上的分布差異以及靶向mPFC的神經(jīng)元胞體在LH區(qū)內(nèi)部的分布模式尚無報道。以往研究也

4、證實，LH區(qū)接受來自mPFC神經(jīng)元的纖維投射，但這些靶向LH的神經(jīng)元在mPFC各亞區(qū)的分布模式并不明確。作為LH區(qū)重要的神經(jīng)元類型之一，orexin神經(jīng)元向整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出廣泛的纖維投射。早期研究發(fā)現(xiàn)orexin受體（包括1型和2型受體，OX1R和OX2R）及orexin能纖維分布于mPFC。本課題組證實，orexin通過作用于細胞膜上的離子通道增強mPFC神經(jīng)元的興奮性。因此，促覺醒的orexin系統(tǒng)對于調(diào)控mPFC的活動具有重要

5、作用。然而，對于orexin系統(tǒng)調(diào)控mPFC的亞區(qū)差異性以及orexin神經(jīng)元所接受來自mPFC神經(jīng)元的投射模式目前仍知之甚少。
　　因此，本研究采用神經(jīng)束路示蹤（包括順行、逆行示蹤）技術結(jié)合免疫組化技術在環(huán)路水平系統(tǒng)探討了LH區(qū)orexin神經(jīng)元與mPFC各亞區(qū)的交互投射模式。主要結(jié)果如下：
　　1.LH區(qū)神經(jīng)元向mPFC投射的神經(jīng)纖維密度自頭端向尾端逐漸增加
　　為了明確LH區(qū)起源的神經(jīng)纖維在mPFC不同亞區(qū)的密度

6、分布，我們在LH區(qū)注射順行示蹤劑生物素化葡聚糖胺(biotin dextran amine，BDA)。免疫組化結(jié)果顯示BDA陽性纖維在mPFC的分布具有明顯的亞區(qū)差異性。首先，在PL區(qū)和IL區(qū)，BDA陽性纖維密度的分布從頭端向尾端逐漸增加，提示LH區(qū)神經(jīng)元向mPFC的纖維投射具有頭尾層級梯度。其次，AC區(qū)的陽性纖維密度最高，PL區(qū)次之，而IL區(qū)最低。這與以往研究結(jié)果一致。
　　2.靶向mPFC區(qū)的LH區(qū)神經(jīng)元胞體數(shù)量自頭端向尾端依

7、次遞減
　?。?）mPFC不同亞區(qū)的全腦纖維輸入圖譜
　　在mPFC的不同亞區(qū)注射逆行示蹤的狂犬病毒（rabies virus,RV）可選擇性標記被感染神經(jīng)元的單突觸輸入。對于PL區(qū)，在全腦范圍內(nèi)其接受輸入纖維的密度由高到低依次為海馬、扣帶回、背側(cè)丘腦、運動皮層，斜角帶、眶皮質(zhì)、外側(cè)視前區(qū)、屏狀核、外側(cè)下丘腦、蒼白球、杏仁核等；而IL區(qū)所接受輸入纖維密度以海馬最高，依次為背側(cè)丘腦、扣帶回、外側(cè)下丘腦、運動皮層、內(nèi)側(cè)視前區(qū)、視

8、前區(qū)、眶皮質(zhì)、杏仁核、斜角帶、鼻周皮層等。
　?。?）靶向mPFC不同亞區(qū)的LH區(qū)神經(jīng)元胞體數(shù)量自頭端向尾端依次遞減
　　在本研究中，我們分別統(tǒng)計了RV逆行示蹤陽性神經(jīng)元胞體的數(shù)量分別在LH區(qū)的頭端、中間段和尾端的分布。不管是在PL區(qū)還是IL區(qū)注射RV，LH區(qū)的陽性神經(jīng)元的數(shù)量均呈現(xiàn)從頭端向尾端逐漸遞減的趨勢。
　　3. LH區(qū)神經(jīng)元主要接受PL亞區(qū)的纖維投射
　　為了明確mPFC不同亞區(qū)向LH區(qū)投射纖維的分布模

9、式，我們首先在mPFC區(qū)注射順行示蹤劑BDA。通過免疫組化技術在LH區(qū)檢測到BDA陽性纖維的分布，表明LH區(qū)接受mPFC神經(jīng)元的纖維投射。然后，通過在LH區(qū)注射逆行示蹤劑霍亂毒素B亞單位（cholera toxin B subunit，CTB）并計數(shù)mPFC不同亞區(qū)陽性神經(jīng)元胞體的數(shù)量進一步明確靶向LH區(qū)的神經(jīng)元在mPFC分布的亞區(qū)差異。結(jié)果顯示，CTB陽性神經(jīng)元胞體的數(shù)量在PL區(qū)明顯高于AC區(qū)和IL區(qū)。因此，LH區(qū)神經(jīng)元主要接受來自P

10、L亞區(qū)的纖維投射。
　　4.Orexin能纖維與OX1R在mPFC的分布呈現(xiàn)自頭端向尾端遞增的層級分布
　　LH區(qū)包含不同類型的神經(jīng)元，而BDA示蹤技術并不能區(qū)分神經(jīng)元的類型。因此，我們將前述經(jīng)BDA順行示蹤的mPFC腦片與oreixn-A抗體孵育以闡明orexin能纖維在mPFC不同亞區(qū)的分布模式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AC區(qū)尾端orexin能纖維的密度高于中間段；而對于PL區(qū)和IL區(qū)，orexin能纖維的分布密度均表現(xiàn)為從頭端向尾端

11、逐漸增加的趨勢。
　　此外，我們將mPFC的腦片孵育在OX1R抗體中以研究OX1R在mPFC不同亞區(qū)的分布模式。結(jié)果提示，OX1R在AC區(qū)和PL區(qū)的密度明顯高于IL區(qū)。在mPFC的三個亞區(qū)中，OX1R的分布密度從頭端向尾端逐漸升高。同時，我們觀察了OX1R在mPFC不同層面的表達，結(jié)果表明OX1R主要表達于mPFC的II/III層和V層，且其分布密度從頭端向尾端依次增加。
　　5.PL區(qū)和IL區(qū)接受orexin神經(jīng)元的單突觸

12、投射
　　將前述分別在PL區(qū)和IL區(qū)注射RV的小鼠LH區(qū)腦片在orexin-A抗體中孵育，我們發(fā)現(xiàn)RV陽性神經(jīng)元與orexin陽性神經(jīng)元存在共定位，提示orexin神經(jīng)元向PL區(qū)和IL區(qū)均發(fā)出直接的單突觸投射。
　　6.Orexin神經(jīng)元接受來自mPFC的纖維投射
　　將前述在mPFC區(qū)注射BDA示蹤劑的大鼠LH區(qū)腦片在orexin-A抗體中孵育，免疫組化結(jié)果顯示在LH區(qū)orexin-A陽性神經(jīng)元胞體周圍分布大量BDA

13、陽性神經(jīng)纖維，提示orexin神經(jīng)元接受來自mPFC的纖維投射。
　　綜上所述，在本研究中，一方面我們發(fā)現(xiàn)LH區(qū)orexin神經(jīng)元向mPFC各亞區(qū)發(fā)出的投射纖維密度從頭端向尾端逐漸增加，而靶向mPFC的LH區(qū)orexin神經(jīng)元胞體數(shù)量在其內(nèi)部呈現(xiàn)頭-尾逐漸遞減的梯度趨勢。OX1R的分布密度不管是在AC，PL，IL三個亞區(qū)內(nèi)還是在mPFC不同的層面也表現(xiàn)出由頭端向尾端遞增的模式。另一方面，mPFC神經(jīng)元也發(fā)出纖維投射至LH區(qū)，并與o