综述:人类丘脑底内侧区与啮齿类动物同源吗?与神经精神疾病及其深部脑刺激(DBS)治疗的相关性

【字体: 时间:2025年05月19日 来源:Biological Psychiatry 9.6

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  该综述聚焦丘脑底核(STN)的深部脑刺激(DBS)治疗,探讨人类与啮齿类动物丘脑底内侧区(MSR)的同源性。通过对比神经化学和神经束路数据,发现两者具同源性,且啮齿类 MSR 核团功能与人类 STN-DBS 副作用相关,呼吁深入研究以优化神经精神疾病治疗。

  

丘脑底核深部脑刺激的应用与机制探索


深部脑刺激(DBS)靶向丘脑底核(STN)是治疗帕金森病(PD)、强迫症(OCD)等难治性神经精神疾病的有效方法,但其作用机制尚不完全明确,可能涉及邻近结构,且存在多种副作用。丘脑底内侧区(MSR)在人类中被认为是起源于边缘皮质区的超直接通路的解剖靶点,但尚未有明确的细胞簇或核团描述;而在啮齿类动物中,MSR 接受来自边缘皮质的输入,并包含明确的核团,如旁丘脑底核(PSTN)。

人类与啮齿类动物下丘脑的解剖与神经化学特征


在人类中,STN 的解剖和神经化学结构仍是研究热点,其内侧核团的特征描述尚不完整。有资料提及 “Sano 三角”,但对其范围界定存在争议。尽管艾伦脑科学研究所的人类脑图谱显示 STN 后极附近存在 PSTN,但其位置与啮齿类动物中已知的 PSTN 解剖和发育情况存在诸多矛盾,令人质疑。

啮齿类动物 MSR 的特征描述相对较新。20 世纪 80 年代,通过将辣根过氧化物酶注射到自主神经控制中心后的逆行标记,首次在大鼠 STN 附近发现细胞簇。后续基于神经化学结构数据,PSTN 被确定为包含囊泡谷氨酸转运体 2(Vglut2)/ 速激肽 1(Tac1)表达神经元的核团,并可进一步分为 PSTN 和前 PSTN。此外,PSTN 区域还含有促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)神经元,其与 STN 的关系仍需进一步研究。啮齿类动物 PSTN 区域的钙结合蛋白和降钙素基因相关肽(CGRP)表达较强,易于识别。

人类下丘脑的神经化学组织与啮齿类动物存在差异。MCH 和 TAC1 在人类下丘脑中表达较强,但主要位于第三脑室附近的后下丘脑核,而非 STN 附近,因此对理解人类后外侧下丘脑(LHAp)的组织结构帮助不大。尽管人类和啮齿类动物 STN 均表达小白蛋白,但内侧区域的钙结合蛋白表达模式相似,提示可能存在一定的同源性。然而,人类中是否存在类似啮齿类动物的 Parvafox 核仍需确认。

超直接通路与丘脑底内侧区的特征


超直接通路由皮质投射至 STN,其解剖特征具有重要功能意义。灵长类动物和人类研究表明,运动和联合区分别支配 STN 的外侧和腹侧部分,而边缘区则支配 STN 的前内侧端及以外的 MSR 区域,即 “Sano 三角”。啮齿类动物研究显示,PSTN 接受岛叶和内侧前额叶的投射,Parvafox 和 Gemini 核则接受腹侧眶额皮质和皮质杏仁核轴突的支配,提示人类 PSTN 可能位于 STN 的前内侧区域。然而,灵长类动物中与 STN 相邻区域的皮质投射精细分布尚不明确,需进一步研究。

丘脑底内侧区功能与 STN 慢性刺激的非运动症状


STN 刺激可改善 PD 和 OCD 的运动或行为症状,但也常伴随行为、代谢和自主神经效应。体重增加是 STN-DBS 的常见副作用,可能与电极位置和 MSR 区域的参与有关。啮齿类动物研究表明,PSTN 与摄食行为相关,其神经元活动可抑制或促进食物摄入,具体取决于神经元类型。临床研究发现,STN 边缘区的主动刺激与体重增加及对高热量甜食的反应增强相关。

自主神经功能障碍是晚期 PD 的常见非运动症状,STN-DBS 可改善部分症状。啮齿类动物研究显示,MSR,尤其是 STN 附近的 PSTN,参与自主神经反应,如情绪性体温调节、胃肠蠕动和心血管功能调节。尽管 DBS 对 PD 患者心血管功能的影响尚无定论,但啮齿类动物研究提示 PSTN 和 Parvafox 核可能通过不同途径影响心血管反应。

啮齿类动物 PSTN 还参与处理内脏、嗅觉、味觉和情绪体验的享乐值,编码厌恶记忆并促进回避行为,与冲动性和焦虑相关。STN 刺激可调节冲动性,但也可能导致焦虑、抑郁等神经精神副作用。多巴胺能和 5 - 羟色胺能通路通过 MSR,可能影响这些反应。此外,电极植入位置与攻击性行为相关,提示 MSR 可能参与情绪调节。

结论


啮齿类动物 STN 内侧区域由多个核团组成,而人类对此仍知之甚少。人类和啮齿类动物的 STN 和 MSR 均接受皮质的拓扑投射,并具有一些重要的神经化学特征,提示两者在形态功能上存在相似性。啮齿类动物中这些核团在自主神经反应、摄食、冲动性和攻击行为控制方面的功能,提示其可能与 PD 和 OCD 的病因及 STN-DBS 治疗的效果相关。这些结果鼓励在啮齿类动物模型和人类中进一步开展研究,以提高 DBS 临床应用的精准性和神经精神疾病的治疗效果。

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