《CNS Neuroscience & Therapeutics》：Whole-Brain Monosynaptic Inputs to and Axonal Projections From Posterior Insular Cortex GABAergic Neurons in Mice
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背景：后岛叶皮质（posterior insular cortex, PIC）是多模态感觉整合中枢，GABA能（GABAergic）神经元与疼痛感知、情绪调节和恐惧记忆编码等功能相关。然而，PIC GABA能神经元的全脑连接仍不清楚。
目的：绘制PIC GA
背景：后岛叶皮质（posterior insular cortex, PIC）是多模态感觉整合中枢，GABA能（GABAergic）神经元与疼痛感知、情绪调节和恐惧记忆编码等功能相关。然而，PIC GABA能神经元的全脑连接仍不清楚。
目的：绘制PIC GABA能神经元的全脑输入–输出连接。
方法：本研究将细胞类型特异性逆向/顺向病毒示踪系统与Cre/loxP基因技术相结合，对PIC GABA能神经元的单突触输入和轴突投射的定位和数量进行了比较分析。
结果：逆向示踪识别出45个输入核团，其中来自新皮层的梨状皮质（piriform cortex, Pir）和次级躯体感觉皮质（secondary somatosensory cortex, S2）的输入最密集，丘脑核团包括后丘脑核群（posterior thalamic nuclear group, PO）和束旁丘脑核（parafascicular thalamic, PAF），表现出同侧偏好。顺向示踪揭示了18个输出靶区，其中投射最密集的是基底节的尾壳核（caudate putamen, CPu）、苍白球外侧部（external globus pallidus, GPe）和腹侧苍白球（ventral pallidum, VP），以及杏仁核的多个亚核。
结论：PIC GABA能神经元接受来自新皮层和丘脑的密集输入，并向基底节和杏仁核发出显著投射，这些脑区构成了全脑连接网络的关键枢纽。这种连接模式为阐明其在生理行为调节中的作用提供了新的解剖学视角。
论文解读：小鼠后岛叶皮质GABA能神经元的全脑连接图谱
后岛叶皮质（posterior insular cortex, PIC）是岛叶皮质的一个重要亚结构，位于中央岛沟后方，其功能已从简单的感觉中继站演变为认知和行为调节的复杂中枢。PIC由谷氨酸能和GABA能（GABAergic）神经元组成，其中谷氨酸能神经元是主要的长投射神经元，参与内感受信息、味觉、疼痛处理和本体感觉的编码。传统观点认为GABA能神经元主要调节局部微环路，但近期研究表明它们具有多种功能，包括调节神经病理性疼痛、应激诱导的心动过速和恐惧记忆巩固，部分GABA能神经元甚至具备长投射能力。然而，PIC GABA能神经元的全脑输入和输出连接尚不清楚。因此，描绘其上、下游投射模式对于理解其在各种生理功能中的作用至关重要。
为了克服传统示踪方法的局限性，研究人员利用改造的狂犬病毒（rabies virus, RV）和重组腺相关病毒（recombinant adeno-associated virus, rAAV）载体，结合Cre/loxP基因策略，在GAD2-IRES-Cre小鼠中实现了细胞类型特异性的全脑连接示踪。研究共鉴定出45个输入核团和18个输出核团，揭示了PIC GABA能神经元与新皮层、杏仁核、基底节和丘脑之间的不对称连接模式。该研究系统总结了相关神经环路可能参与的潜在功能调节，包括睡眠–觉醒调节、疼痛和热感知、条件性恐惧记忆等，为阐明PIC GABA能神经元相关神经通路提供了结构框架，并为新药开发和相关临床疾病的治疗提供了新见解。该成果发表于《CNS Neuroscience》。
在技术方法上，研究人员使用了细胞类型特异性逆向/顺向病毒示踪系统。具体而言，逆向示踪采用AAV-EF1α-DIO-TVA-EGFP和AAV-EF1α-DIO-RvG作为辅助病毒，注入成年GAD2-IRES-Cre小鼠（C57BL/6J背景，8–10周，25–27 g，Jackson Lab Stock no. 010802）的PIC，三周后再注入RV-EnvA-ΔRG-DsRed，通过狂犬病毒的跨突触传递标记单突触输入神经元。顺向示踪则向PIC注射rAAV-EF1α-DIO-ChR2-EYFP，标记轴突投射。所有图像均与Allen小鼠脑图谱配准，并通过免疫荧光染色验证GABA能特异性，使用半自动方法量化输入神经元和轴突膨体。野生型小鼠作为阴性对照排除了非特异性标记。
结果部分，研究首先在3.1节中通过狂犬病毒介导的逆行跨突触示踪，在GAD2-IRES-Cre小鼠中成功标记了PIC GABA能神经元的起始神经元和单突触输入神经元，并通过GABA免疫荧光染色证实了标记特异性。3.2节描述了输入模式，DsRed标记的突触前输入主要分布于端脑（嗅觉区、新皮层、基底节和杏仁核），并接受丘脑和中脑的输入，呈同侧偏好，但部分皮层区域如初级和次级躯体感觉皮质（S1、S2）、初级和次级运动皮质（M1、M2）呈双侧标记。3.3节量化了输入神经元丰度，共鉴定出45个输入核团，其中新皮层（62.08%）和杏仁核（14.27%）贡献最大；新皮层内梨状皮质（Pir）和次级躯体感觉皮质（S2）输入最密集，丘脑内后丘脑核群（PO）和束旁丘脑核（PAF）为主要输入核团。3.4节通过顺行示踪标记了PIC GABA能神经元的轴突投射，并定义了有膨体的轴突为投射纤维，排除了过路纤维。3.5节显示输出主要同侧分布，共18个靶核团，包括嗅觉结节（olfactory tubercle, Tu）、新皮层、基底节、杏仁核和中脑黑质网状部（substantia nigra reticulata, SNr）。3.6节量化了输出丰度，基底节获得最大比例投射（35.06%），其中尾壳核（CPu）最多（11.83%）；杏仁核输出占26.67%，新皮层占25.31%。3.7节比较输入和输出发现，PIC GABA能神经元与新皮层和杏仁核存在双向连接，但模式不同：新皮层输入（62.08%）远大于输出（23.90%），而杏仁核输出（26.81%）大于输入（14.27%）；丘脑提供密集输入但无输出；嗅觉区、基底节和中脑的输出比例均明显高于输入。
讨论部分，研究人员首先指出，与传统逆行示踪相比，细胞类型特异性RV示踪具有高分辨率和特异性，并解释了与先前研究中未检测到长投射差异的方法学原因。在感觉处理方面，PIC GABA能神经元接受来自Pir、S1/S2、前岛叶皮质（AIC）和眶外侧皮质（LO）等疼痛调节区域的密集输入，并与杏仁核中央核（CeA）等存在连接，提示其参与疼痛感知；与丘脑至S1和PIC的脊髓丘脑皮质通路一致，可能参与温度编码。在睡眠–觉醒调节方面，PIC GABA能神经元与杏仁核（CeA、BLA）和基底节（CPu、GPe、VP）等睡眠相关区域相连，但这些连接的直接功能证据仍缺乏。在情绪相关过程中，PIC GABA能神经元接受来自丘脑PO、PAF和内侧膝状体（MG）等应激调节区的输入，并与杏仁核的CeA、BLA等形成双向连接，参与恐惧记忆巩固的环路。在运动调节方面，PIC GABA能神经元与丘脑PO/PAF、新皮层S1/S2和M1/M2以及基底节CPu/GPe等运动相关核团相连，提示潜在的运动调节作用。最后，研究人员指出研究存在RV细胞毒性可能低估输入、AAV顺行示踪中膜靶向ChR2-EYFP可能高估膨体等局限性，但数据与既往报告高度一致，支持其可靠性。
结论部分指出，这项研究揭示了PIC GABA能神经元接受来自新皮层和丘脑核团的密集输入，并向基底节和杏仁核发出主要投射，这些脑区构成其全脑连接的核心枢纽。PIC GABA能神经元在睡眠–觉醒调节、热和疼痛感知以及情绪调节等多种生理功能中发挥重要作用。该研究鉴定的神经回路为理解这些功能及治疗与PIC功能障碍相关的神经系统疾病提供了解剖学基础。
