楔前核神经元共享中脑运动区的结构与功能特性：一项揭示PrCnF在高速运动调控中独特作用的研究

《Scientific Reports》：Neurons of the precuneiform nucleus share structural and functional properties of the mesencephalic locomotor region

本研究聚焦中脑运动区（MLR）中尚未被充分探索的楔前核（PrCnF），通过对比其与楔形核（CnF）和脚桥核（PPN） glutamatergic神经元的形态与电生理特性，首次系统揭示了PrCnF神经元具有更高的放电频率、振荡活动及弱放电频率适应性，提示其可能特异性调控高速运动。该研究为理解MLR功能异质性提供了新证据，并为运动障碍疾病的深部脑刺激靶点选择提供了潜在新方向。

　　

当我们谈论行走、奔跑甚至转身时，大脑中一个名为中脑运动区（MLR）的区域扮演着核心指挥者的角色。这个进化上从啮齿类到灵长类都保守存在的脑区，如同一个精密的控制中心，不仅负责启动和停止 locomotion（ locomotion），还调控肌张力、姿势乃至心血管呼吸功能。MLR 主要由脚桥核（PPN）、楔形核（CnF）、楔前核（PrCnF）以及中脑网状结构组成。近年来，科学家们利用光遗传学、电刺激等技术逐渐揭开了 PPN 和 CnF 神经元在运动控制中的神秘面纱，例如，选择性激活 CnF 的谷氨酸能神经元能诱导小鼠产生与刺激频率成正比的 locomotion 速度。然而，与 CnF 相邻且位于 PPN 背侧的 PrCnF，尽管在解剖学上被划分为 MLR 的一部分，其神经元的特性与功能却长期笼罩在迷雾之中。已知的是，PrCnF 接收来自杏仁核中央核的输入，可能编码心血管信号，并投射至脊髓颈段和胸段的中央模式发生器，提示它可能是 MLR 中传递自主神经信号至运动回路的重要输出结构。但 PrCnF 神经元本身长什么样？它们如何放电？其功能是否与 CnF 或 PPN 神经元相似？这些问题至今悬而未决。理解 PrCnF 的独特性质，对于完整绘制 MLR 的功能图谱，乃至为帕金森病等运动障碍的深部脑刺激（DBS）寻找更优靶点都至关重要。

为了填补这一空白，来自匈牙利德布勒森大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究成果。他们利用在 VGluT2（囊泡谷氨酸转运体2）基因位点表达 tdTomato 荧光蛋白的小鼠，对 PrCnF 的谷氨酸能神经元进行了系统的体树突形态学分析和离体电生理学研究，并与之前已报道的 CnF 和 PPN 谷氨酸能神经元数据进行了详细比较。

研究者主要运用了全细胞膜片钳技术记录神经元的电活动，并通过生物胞素标记和神经轨迹重建软件对神经元的形态进行了三维重构和分析。实验所用脑片来源于7至18日龄的Vglut2-cre与floxed-stop-tdTomato转基因小鼠。

研究结果

体树突特性

通过形态学重建和 Sholl 分析，研究发现 PrCnF 神经元的树突形态与 PPN 神经元更为相似，但明显不同于 CnF 神经元。具体而言，PrCnF 神经元的树突数量和树突节点显著少于 CnF 神经元，总树突长度也较短，但其树突脊数量较低且与 PPN、CnF 无显著差异。这些结果表明，PrCnF 神经元具有相对简单的树突arborization，暗示其可能接收的突触输入整合模式与 PPN 类似，而有别于 CnF。

电生理特性

研究首先根据是否存在低阈值钙 spikes（LTS）和第一个动作电位（AP）延迟，将神经元分为 I、II、III 和 IIIK 四种经典类型。PrCnF 中这四种类型均有分布，比例与 PPN 和 CnF 相似，表明 MLR 内核间在基本兴奋性上存在共性但也存在异质性。特别值得注意的是，在 PrCnF 神经元中，A-电流（一种瞬时钾电流）的衰减时间常数与第一个 AP 的延迟呈正相关，这一关系在 PPN 和 CnF 的谷氨酸能神经元中并不存在，提示 A-电流在调控 PrCnF 神经元放电模式中具有独特重要性。

更关键的发现在于根据放电频率适应性（SFA）对神经元进行分类。大多数 PrCnF 神经元（65.22%）属于“无适应性”类型，即在强去极化刺激下仍能维持高频放电而不出现明显的适应性减弱。相比之下，CnF 神经元以“快速适应性”类型为主（85.71%），而 PPN 神经元则表现出最大的异质性。此外，PrCnF 神经元的平均放电频率在 100 pA 去极化电流刺激下显著高于 CnF 和 PPN 神经元。

对离子电流的进一步分析揭示了 PrCnF 的独特之处。持续钠电流（I_NaP）在 80% 的 PrCnF 神经元中存在，其振幅介于 CnF（33.33% 神经元存在，振幅小）和 PPN（100% 神经元存在，振幅大）之间。更重要的是，PrCnF 神经元表现出高频的、河豚毒素（TTX）敏感的高阈值膜电位振荡，其频率和功率均显著高于 CnF 和 PPN 神经元，并且该振荡频率与神经元的动作电位发放频率呈正相关。这些特性共同构成了 PrCnF 神经元能够维持高频、持续放电的电生理基础。

功能与形态特性的整合

相关性分析显示，在 PrCnF 中，一些电生理参数之间存在独特的内在联系。例如，A-电流的振幅与输入电阻呈正相关，这与经典的物理预期相反，提示 PrCnF 内可能存在功能亚群。此外，神经元胞体面积与持续钠电流振幅呈正相关，树突数量与输入电阻呈负相关。这些关联在 CnF 或 PPN 中并未普遍观察到，进一步强调了 PrCnF 内在调控机制的特殊性。

讨论与结论

本研究首次系统描绘了 MLR 中未被充分认识的 PrCnF 谷氨酸能神经元的形态和电生理特征。其主要结论是：虽然 PrCnF 神经元与邻近的 PPN 和 CnF 神经元共享一些基本的 MLR 特性，但它们通过更简单的树突结构、更高的基础放电频率、显著的高阈值膜电位振荡以及以“无适应性”放电为主的特性，构成了一个功能上独特的群体。这些特性表明，PrCnF 神经元可能特别适合于维持持续的高频放电，这与 CnF 神经元类似，可能对运动速度进行线性编码。然而，其更弱的放电频率适应性和更高的放电能力提示，PrCnF 的激活可能更倾向于与更高速的运动相关。

该研究的意义在于深化了对 MLR 功能异质性的理解。PPN、CnF 和 PrCnF 虽然地理位置上相邻且共同调控运动，但其神经元的内在特性决定了它们可能承担着不同的计算任务和行为输出。PrCnF 的独特电生理特征使其成为研究高速 locomotion 神经机制的潜在关键节点。此外，鉴于 PPN 已是帕金森病 DBS 的靶点，对 PrCnF 功能的深入探索可能为未来开发针对运动障碍的新治疗策略提供理论依据和潜在的新靶点。当然，本研究作为离体水平的特性描述，其功能推测仍需后续在体实验的验证，例如在自由行为动物中记录 PrCnF 神经元的活动与运动参数的关系。同时，PrCnF 神经元的具体投射靶点以及其在不同行为情境下的精确功能角色，也是未来研究的重要方向。