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来自土耳其伊兹密埃杰大学医学院的研究人员,为明确 D、LPrCb 和 SPrCb 核神经化学特征,开展相关研究,发现这些核内神经元多样,多种蛋白呈不同密度分布,为相关研究提供依据。
在神经系统的奇妙世界里,小脑皮层就像一个精密的 “信息处理器”,它接收着三类主要的传入纤维:攀缘纤维(源自对侧下橄榄核,与浦肯野细胞的树突形成突触)、苔藓纤维(来源广泛,与颗粒细胞突触相连)以及多层纤维(来自诸如蓝斑等不同区域)。其中,脊髓小脑苔藓纤维涵盖了多种脊髓小脑束。而小脑前系统作为小脑的主要输入部分,在调节小脑功能、协调运动活动方面发挥着重要作用。
脊髓向小脑的投射包含小脑前核、腰段 VII - IX 层外侧部分的神经元(腰缘小脑前细胞),以及分散在 4 - 6 层(深层背角神经元)和 VI - VIII 层的神经元。“小脑前核” 指的是位于脑干和脊髓、能投射到小脑的神经元群。根据位置和投射情况,这些核可分为脊髓小脑前核、主要后脑小脑前核和次要后脑小脑前核。脊髓小脑前核包括双侧的中央颈核(CeCv)、背核(克拉克核、后胸核,D)、腰小脑前核(LPrCb)和骶小脑前核(施蒂林骶核,SPrCb)。CeCv 主要投射到对侧小脑,而 D、LPrCb 和 SPrCb 主要投射到同侧小脑,且同侧投射占优势。
此前,对猫、大鼠和松鼠猴的 D、LPrCb 和 SPrCb 核的细胞结构有过一些研究,但关于人类脊髓中这些核的细胞结构,尚无详细探究。本次研究聚焦于小脑前核,深入考察了多种神经递质及其相关蛋白,像钙结合蛋白(Cb、Cr、Pv)、胆碱乙酰转移酶(ChAT)、γ - 氨基丁酸(GABA)和谷氨酸等,它们在神经元功能和连接中至关重要。
钙结合蛋白 Calbindin D28K(Cb)、Calretinin(Cr)和 Parvalbumin(Pv)参与多种细胞功能,还是识别神经细胞亚群的选择性解剖标记。在脊髓中,它们在不同类型的中间神经元中表达,Pv 与某些抑制性中间神经元相关,Cb 和 Cr 常标记兴奋性神经元群体,不过在腹角的特定神经元中也能检测到它们,反映出其在协调脊髓运动功能中的特殊作用。
ChAT 是合成乙酰胆碱的关键酶,在脊髓的胆碱能神经元中大量表达。这些神经元分布于中枢神经系统的多个部位,在脊髓中,ChAT 不仅存在于支配骨骼肌的大型 α 运动神经元(IX 层)中,在腹角的 VII 层以及胸腰段的中间外侧细胞柱(交感神经节前神经元)、骶段(副交感神经传出神经元)中也有分布,还存在于背角少量中间神经元中,参与躯体运动控制和自主神经功能调节。
谷氨酸在酶谷氨酸脱羧酶(GAD,有 GAD65 和 GAD67 两种同工型)的作用下转化为 GABA。GABAergic 神经元广泛分布于脊髓背角和腹角,在背角参与调节伤害性和机械感受信号,在腹角调控 α 运动神经元活动,对运动协调和反射抑制意义重大。
谷氨酸作为哺乳动物中枢神经系统中主要的兴奋性神经递质,由囊泡谷氨酸转运体(VGLUT)家族的 VGLUT1、VGLUT2 和 VGLUT3 蛋白转运至突触小泡。在脊髓中,谷氨酸遍布背角和腹角,在背角促进感觉信息传递,在腹角影响肌肉激活和反射调节。
由于小脑发育障碍常与小脑前核畸形同时出现,而人类脊髓中 D、LPrCb 和 SPrCb 核的神经化学组织详细数据缺失,本研究运用免疫组织化学技术,以 Cb、Cr、Pv、ChAT、GAD 65/67 和 VGLUT1 为指标,对这些核的化学结构展开探究。
研究数据来自土耳其伊兹密埃杰大学医学院尸体库中成年男性(60 岁去世)的 T1 - T12、L1 - L5、S1 - S5 和 Co1 节段脊髓。标本经 10% 福尔马林固定 3 天,去除椎弓根、椎弓和硬脑膜后进行后续研究。
研究通过识别 D、LPrCb 和 SPrCb 核,计数神经元,测量神经元直径和核横截面积,来确定其形态特征。神经元密度反映了每 0.01mm2 区域内神经元数量,可用于评估核内神经元浓度。相关数据分别记录于表 2 和表 3 。
研究运用尼氏染色和免疫组织化学染色技术,对人类脊髓 T1 - T12、L1 - L5 和 S1 - Co1 节段进行研究,重点在于阐明这些核的解剖结构,而非详细统计全部神经元数量,因此仅分析了形态清晰可辨的神经元。
本研究首次全面剖析了人类脊髓中 D、LPrCb 和 SPrCb 核的细胞结构和神经化学组织。研究发现,这些核内神经元大小和形态各异,有 multipolar、fusiform、ovoid 和 triangular 等多种类型。免疫组化分析显示,Cb、Cr、Pv、ChAT、GAD 65/67 和 VGLUT1 在 D、LPrCb 和 SPrCb 核中的分布密度不同,凸显了它们独特的神经化学特征。
本研究未接受公共、商业或非营利部门的专项资助。研究已获得土耳其伊兹密埃杰大学医学研究伦理委员会批准(批准号 21 - 9?T/7),并遵循《赫尔辛基宣言》开展。
Candar Esra 参与了文章的撰写审核、研究方法设计、实验调查和数据分析;Demircubuk Ibrahim 负责初稿撰写、研究方法设计、实验调查、数据分析和研究构思;Sengul Gulgun 参与了文章的撰写审核、研究指导、研究方法设计、数据分析和研究构思。
所有作者均声明不存在利益冲突。
研究人员衷心感谢那些捐赠遗体用于科学研究的人们,他们的奉献为解剖学研究提供了可能,有望增进人类知识、改善患者护理。同时,研究人员也感谢土耳其高等教育委员会通过 “100/2000 CoHE 博士奖学金计划” 对 Esra Candar 的支持。