通过浦肯野细胞反馈定义小脑分子层中间神经元的亚类

《Cell Reports》：Defining a subclass of cerebellar molecular layer interneurons by their Purkinje cell feedback

　　

分子层中间神经元（molecular layer interneurons, MLIs）的一个亚群，先前被称为浦肯野细胞输入型MLIs（PC-MLIs），接受来自浦肯野细胞（Purkinje cells, PCs）的抑制性反馈，PCs是小脑皮层唯一的输出神经元。研究人员在此表征了这些细胞的特性。与其他MLIs和浦肯野层中间神经元相比，它们具有独特的轴突和树突形态、内在电生理特性以及标记基因表达。这些中间神经元还表现出独特的回路连接：它们是唯一接受PC反馈抑制的MLI，并且接受来自篮状细胞（basket cells, BCs）或星形细胞（stellate cells, SCs）的抑制极少。反过来，它们主要抑制PCs和BCs。这些中间神经元不与其他神经元形成电突触，但接受与其他MLIs相同的兴奋性输入——来自平行纤维（parallel fibers, PFs）和攀爬纤维（climbing fibers, CFs）。这些特性使它们能够以不同于其他中间神经元的方式塑造小脑皮层的输出，并可能解释它们在小脑运动学习中所提出的作用。

小脑皮层在运动学习等脑功能中发挥关键作用。分子层中间神经元（molecular layer interneurons, MLIs）通过抑制浦肯野细胞（Purkinje cells, PCs）——小脑皮层唯一输出神经元——来控制小脑皮层输出。传统上，MLIs被分为篮状细胞（basket cells, BCs）和星形细胞（stellate cells, SCs）。除了MLIs对PCs的前馈抑制外，还存在从PCs到MLIs的单突触抑制性反馈回路，但该反馈仅作用于少数MLIs。此前这些接受PC反馈的MLIs被称为PC-MLIs，但未被详细表征。本研究旨在确定这些细胞是否构成一个独特的MLI亚型。

研究人员综合利用形态学、电生理学、分子生物学和突触连接分析，对小鼠小脑中的PC-MLIs进行了系统表征。结果发现，这些细胞在形态、电生理特性、标记基因表达和回路连接上均与BCs、SCs、MLI1/MLI2型中间神经元及烛台细胞（candelabrum cells, CCs）不同。因此，研究人员将其命名为“Ito细胞（Ito cells, ICs）”，以纪念率先证明PCs抑制性的神经科学家Masao Ito。该发现确立了MLI的一个新亚型，为理解小脑皮层网络计算和运动学习机制提供了新视角。论文发表在《Cell Reports》。

在技术方法上，研究人员使用了全细胞膜片钳记录（结合光遗传学刺激PCs）、神经生物素（neurobiotin）标记与双光子显微镜形态重建、单分子荧光原位杂交（single-molecule fluorescence in situ hybridization, smFISH）检测标记基因表达，以及药理学工具（如ZD7288阻断超极化激活阳离子电流I_h，甲氟喹阻断缝隙连接）。实验样本来自表达ChR2的转基因小鼠（Pcp2-cre与Rosa26-loxP-ChR2杂交）及C57BL/6J小鼠。

**Ito细胞在形态上独特**：通过神经生物素填充和双光子显微镜重建，发现ICs无篮状结构，轴突细长且呈串珠状，垂直延伸穿过