直接通路M4受体信号突触后适应性变化遵循多巴胺能退化的时空模式

本研究针对帕金森病（PD）中多巴胺（DA）与乙酰胆碱（ACh）协调失衡导致的运动功能障碍，通过构建早期和晚期PD小鼠模型，揭示了纹状体直接通路中型多棘神经元（dMSNs）中胆碱能M4受体信号随DA退化时空模式变化的规律。研究发现，DA部分缺失时，背外侧纹状体（DLS）M4信号首先减弱，而背内侧纹状体（DMS）仅在DA完全缺失时出现类似变化，且该变化源于突触后M4受体功能下降，无法被L-DOPA逆转。这一发现为理解PD进展中胆碱能系统的动态变化提供了关键证据，并为靶向M4受体的治疗策略提供了时空依据。

　　

帕金森病（PD）作为第二大神经退行性疾病，其核心病理特征是黑质致密部（SNc）多巴胺（DA）神经元的进行性丢失，导致纹状体DA输入减少和运动功能障碍。尽管DA前体药物L-DOPA仍是临床金标准治疗，但其长期使用会引发异动症等副作用，且无法阻止疾病进展。更复杂的是，纹状体内乙酰胆碱（ACh）与DA的相互作用在运动调控中扮演关键角色——胆碱能中间神经元（ChIs）通过释放ACh激活中型多棘神经元（MSNs）上的毒蕈碱受体，其中直接通路dMSNs表达的M₄受体（M₄R）已被证明是潜在治疗靶点。然而，这些胆碱能调控如何随DA退化的时空模式动态变化，仍是未解之谜。

为回答这一问题，科罗拉多大学的研究团队在《npj Parkinson's Disease》发表研究，通过构建部分和完全DA缺失的小鼠模型，模拟PD早期和晚期阶段。研究采用6-羟基多巴胺（6-OHDA）单侧注射诱导MFB（内侧前脑束）损伤，结合Cre依赖性GIRK2通道在D1-Cre小鼠dMSNs中的特异性表达，利用电生理记录、双光子成像和免疫荧光等技术，系统分析了DLS和DMS区域M₄R信号的变化机制。

关键实验技术

1. 梯度6-OHDA损伤模型：低剂量（1μg/μL）和高剂量（4μg/μL）分别模拟PD早期（50-60% DA丢失）和晚期（90-95%丢失）阶段
2. 病毒介导的GIRK2-T2A-tdTomato在dMSNs中的特异性表达，通过电刺激诱发M₄-IPSCs（抑制性突触后电流）
3. GRAB_ACh3.0传感器双光子成像实时监测ACh释放动态
4. 氧化震颤素-M（Oxo-M）浴灌流评估突触后M₄R功能
5. 酪氨酸羟化酶（TH）和M₄R免疫荧光定量空间分布

研究结果

部分DA损伤重现PD样纹状体多巴胺能神经支配不均模式
通过TH免疫染色证实，低剂量6-OHDA诱导的DA纤维丢失在DLS（~66%）显著高于DMS（~50%），完美模拟了PD患者中先影响运动相关DLS、后累及认知相关DMS的病理特征。旋转杆和圆柱行为测试显示，运动缺陷程度与全纹状体TH⁺纤维丢失显著相关（图1-2）。

M₄信号减弱遵循DA退化的时空梯度
电生理记录发现：在DLS，部分DA丢失（6-OHDA LD组）即导致dMSNs中M₄-IPSCs幅度降低35%，完全丢失（HD组）进一步降至55%；而在DMS，仅HD组出现40%的下降（图3）。Oxo-M浴灌流实验证实这种差异源于突触后M₄R功能下降，且DLS的M₄R蛋白水平在部分损伤时已降低10%（图4）。

突触前机制被排除
GRAB_ACh3.0成像显示，部分或完全DA丢失均未改变DLS的ACh释放，DMS仅在完全损伤时出现轻微增加；乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂安贝氯铵（ambenonium）对M₄-IPSCs的增强效应在各组间无差异，表明ACh释放和清除未参与M₄信号减弱（图5-6）。

L-DOPA无法逆转M₄R功能损伤
连续7-8天L-DOPA治疗未能恢复部分损伤小鼠DLS的M₄-IPSCs幅度或Oxo-M反应，提示这种适应性与存活DA纤维的急性调控无关（图7）。

结论与意义
该研究首次揭示：纹状体dMSNs的M₄R信号减弱是一种时空特异的适应性变化——DLS作为PD早期受累区域率先出现M₄R功能下调，而DMS仅在晚期跟进。这种变化由突触后M₄R表达和信号转导缺陷驱动，且对L-DOPA治疗不敏感。

从转化医学角度看，该发现具有三重意义：

1. 为PD症状出现的"阈值现象"（需50-70% DA丢失）提供了新解释，即早期DLS的M₄R下调可能代偿DA不足，但后期加剧运动障碍
2. 强调靶向M₄R的治疗需考虑疾病阶段和脑区差异，如早期干预DLS可能更有效
3. 揭示非多巴胺能适应机制的不可逆性，提示联合治疗的必要性

这项研究通过精妙的时空解析，为理解PD中胆碱能-多巴胺能交互作用提供了全新框架，也为开发阶段特异性治疗策略奠定了理论基础。