作者：刘永珍 北京市海淀医院
在这里，我们使用纵向钙成像来检查中风如何影响 VIP 中间神经元内的感觉反应。此外，我们确定这些神经元的化学遗传学刺激是否可以代表促进中风恢复的策略。通过这样做，我们得到了以下发现。首先，我们证明用兴奋性 DREADD 刺激 VIP 神经元可以增强中风影响的皮层中减弱的感觉反应，并改善感觉运动爪功能的恢复。其次，我们发现中风主要破坏了 VIP 神经元子集中的感觉反应，这些神经元在中风前高度活跃/反应。值得注意的是，随着时间的推移，这些神经元也最有可能重新获得反应。与之前基于中风和桶状皮层可塑性研究的预期相反，我们没有发现中风恢复涉及最低限度活跃的 VIP 神经元的募集。重要的是，通过化学遗传学疗法保持这些高度活跃的 VIP 神经元的感觉反应保真度和可预测性与改善中风恢复有关我们实验室和其他实验室的工作表明，梗塞周围区域的皮质兴奋性会因中风而受到干扰。例如，荧光成像或慢性多电极记录表明，中风会抑制中风后数周的尖峰活动、局部场电位和感觉/光遗传学诱发反应对于这种缺陷可能有多种解释，例如 GABA 转运蛋白的表达降低或皮质内和皮质内连接的传入缺失事实上，旨在通过化学方法降低突触外 GABA 抑制，增强 AMPA 受体介导的谷氨酸传递或丘脑或皮层兴奋性连接的光遗传学刺激，在促进临床前中风模型的恢复方面表现出了希望。尽管令人兴奋，但每种方法都有其自身的一系列警告，可能会限制其适用性，例如需要进行侵入性手术或与全脑操纵 GABA 或谷氨酸传输相关的风险（例如癫痫发作、认知改变）。在本研究中，我们推断通过 VIP 中间神经元对皮质兴奋性进行化学遗传学操作，可以局部增强梗塞周围的兴奋性。 VIP 神经元通过去抑制作用，在增强视觉和听觉皮层锥体神经元的感觉反应方面发挥着强大的作用。与之前的研究结果一致，我们发现通过化学遗传学刺激增加 VIP 中间神经元的兴奋性可以在 CNO 注射后至少 1 小时内增强体感皮层前爪诱发的反应。基于这一发现和之前的数据表明，梗塞周围皮层正常活动模式的恢复支持行为恢复在中风后的第 4 天至 6 周内，我们使用化学遗传学每天刺激 VIP 神经元一次。我们应该注意到，小鼠对慢性化学遗传学治疗的耐受性良好，因为它们没有表现出任何明显的身体外观变化或表现出癫痫活动。这种疗法对感觉运动爪子功能的益处在 14 天恢复后变得明显，这与之前的研究相符，表明中风的亚急性期（中风后约 3-21 天）是促进恢复的关键时期。重要的是，这些益处在治疗停止后仍持续数周。尽管我们没有对 VIP 神经元的下游细胞靶标（例如生长抑素、小白蛋白或锥体神经元）进行成像，但我们的 VSD 成像实验表明，在停止化疗后，梗死周围皮层的反应通常会得到很好的增强。由于 VSD 成像主要反映 2/3 层兴奋性神经元的阈下去极化，因此这一结果意味着化学遗传学治疗诱导了皮质回路兴奋性的持久且可能适应性的变化，而不仅仅是 VIP 回路。到底如何实现这些持久的下游电路变化仍然是一个悬而未决的问题。我们小组和其他人之前的研究表明，用化学或光遗传学刺激皮质回路可以促进轴突束的增殖和稳定，并增强与生长和可塑性相关的信号通路（CREB、BDNF、NGF。未来的切片电生理学研究可以解决内在兴奋性、尖峰模式、突触前和突触后可塑性形式（LTP，LTD）的电路特定变化，将为识别所涉及的突触机制提供信息。除了通过去抑制调节皮质兴奋性外，VIP 中间神经元还参与调节脑血流量。鉴于中风会导致神经血管耦合的长期缺陷，可以想象，化学遗传学刺激也可能影响血流调节。尽管这是可能的，但我们的研究并未揭示化学遗传学刺激对局部脑血流的任何可检测的影响。我们应该注意到，这并不一定排除通过化学遗传学治疗保留或增强血流感觉诱发变化的可能性。然而，考虑到对中风影响的大脑中神经血管耦合的纵向评估并不是微不足道的实验，未来的研究将需要严格探索这个想法。