《Neurobiology of Disease》：Subregion-specific input organization of prefrontal-projecting basal forebrain cholinergic neurons and weakened striatal–NBM inhibitory transmission in 5xFAD mice
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基底前脑（basal forebrain, BF）胆碱能神经元调控皮层活动与认知功能，且在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）中易受损。然而，支配投射特异性定义的BF胆碱能神经元的上游环路尚未被完全阐明。本研究利用投射特异性狂犬病毒介
基底前脑（basal forebrain, BF）胆碱能神经元调控皮层活动与认知功能，且在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）中易受损。然而，支配投射特异性定义的BF胆碱能神经元的上游环路尚未被完全阐明。本研究利用投射特异性狂犬病毒介导的单突触示踪技术，绘制了投射至内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）的梅纳特基底核（nucleus basalis of Meynert, NBM）及斜角带水平肢（horizontal limb of the diagonal band of Broca, HDB）胆碱能神经元的全脑输入图谱。mPFC投射型NBM与HDB胆碱能神经元接收广泛但截然不同的输入模式。NBM胆碱能神经元接收显著的纹状体输入，包括来自表达D1受体的中等棘突神经元（medium spiny neurons, MSNs）的输入，而HDB胆碱能神经元则表现出比例较弱的纹状体输入及更广泛的非纹状体贡献。光遗传电生理实验证实，纹状体输入在NBM胆碱能神经元上形成单突触GABA能抑制性突触。在5xFAD小鼠中，该抑制性传递减弱，表明AD小鼠模型中纹状体–NBM抑制性环路受损。综上，这些发现揭示了mPFC投射型BF胆碱能神经元的亚区特异性输入组织，并确定了纹状体–NBM环路在淀粉样蛋白相关病理中的易损性。
研究背景与科学问题
基底前脑（basal forebrain, BF）是一个重要的神经调节系统，通过广泛的胆碱能投射调控皮层活动。BF胆碱能神经元在注意力、学习记忆、觉醒、感觉处理和认知灵活性等过程中发挥关键作用。其功能障碍与多种神经系统疾病密切相关，尤其是阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）。在AD中，梅纳特基底核（nucleus basalis of Meynert, NBM）等区域的胆碱能神经元退化和功能障碍与皮层胆碱能缺陷及认知损伤紧密关联。因此，理解BF胆碱能神经元如何被上游输入调控，对于揭示健康和疾病状态下塑造皮层功能的环路机制至关重要。
BF在解剖学和神经化学上具有异质性，不同亚区的胆碱能神经元投射到不同的皮层和边缘系统靶区。NBM提供广泛的皮层胆碱能支配，而斜角带水平肢（horizontal limb of the diagonal band of Broca, HDB）也参与前额叶和嗅觉相关区域的胆碱能支配。然而，投射到同一皮层靶区（如内侧前额叶皮层，medial prefrontal cortex, mPFC）的NBM和HDB胆碱能神经元是否接收相似或不同的单突触输入，此前尚不清楚。为此，研究人员开展了此项研究，旨在揭示投射至mPFC的不同BF亚区胆碱能神经元的输入组织特征，并探索其在AD模型中的功能改变。该研究发表于《Neurobiology of Disease》。
关键技术方法
研究人员采用投射特异性狂犬病毒介导的单突触示踪技术：在ChAT-Cre;D1-tdTomato转基因小鼠的NBM或HDB注射Cre依赖的辅助病毒（AAV-DIO-TVA-mCherry和AAV-DIO-oG），21天后向mPFC注入EnvA假型化的缺失糖蛋白狂犬病毒（EnvA-ΔG-rabies-GFP），实现从投射靶区逆行标记起始细胞并进行跨突触传播。同时运用光遗传电生理学：向野生型和5xFAD;ChAT-eGFP小鼠纹状体注射AAV-Chrimson，制备含NBM的急性脑片，对eGFP阳性的NBM胆碱能神经元进行全细胞膜片钳记录，结合药理学工具验证突触性质。
研究结果
2.1 狂犬病毒介导的mPFC投射型NBM胆碱能神经元逆行单突触示踪：通过在ChAT-Cre;D1-tdTomato小鼠NBM注射辅助病毒、mPFC注射狂犬病毒，成功标记了mPFC投射型NBM胆碱能神经元及其单突触输入。ChAT免疫染色验证了起始细胞的胆碱能身份，约20.6%的辅助病毒靶向神经元被鉴定为起始细胞。
2.2 mPFC投射型NBM胆碱能神经元全脑单突触输入图谱：全脑分布显示，纹状体是最大的输入来源（约占39.25%），其次是皮层（22.14%），丘脑、下丘脑、海马、杏仁核和中隔贡献较小。在纹状体输入中，约60%为D1-tdTomato阳性（D1-MSNs），40%为阴性（可能包含D2-MSNs）。腹侧中脑区域仅有少量酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase, TH）阳性多巴胺能神经元被标记。
2.3 mPFC投射型HDB胆碱能神经元狂犬病毒示踪：采用相同策略标记HDB的mPFC投射型胆碱能神经元，约10.2%的辅助病毒靶向神经元为起始细胞。
2.4 mPFC投射型HDB胆碱能神经元全脑输入图谱：与NBM组对比鲜明，HDB-mPFC胆碱能神经元接收的纹状体输入比例很低（平均4.48%），而非纹状体区域（皮层、海马、杏仁核、中隔等）贡献更大。腹侧中脑同样仅有少量TH阳性神经元被标记。
2.5 5xFAD小鼠中纹状体至NBM胆碱能神经元的抑制性传递减弱：光刺激纹状体轴突可在NBM胆碱能神经元诱发GABAA受体介导的光诱发抑制性突触后电流（optically evoked inhibitory postsynaptic currents, oIPSCs），河豚毒素（tetrodotoxin, TTX）抑制后4-氨基吡啶（4-aminopyridine, 4-AP）可部分恢复，证实为单突触GABA能输入。与野生型相比，5xFAD小鼠的oIPSC幅度减小、配对脉冲比率增加、光响应神经元比例降低（WT: 72.7%, 5xFAD: 43.2%）。
讨论与结论总结
本研究通过投射特异性狂犬病毒示踪，揭示了mPFC投射型BF胆碱能神经元的亚区特异性输入组织：NBM-mPFC胆碱能神经元接收以纹状体为主的广泛输入，其中D1-MSNs贡献显著；而HDB-mPFC胆碱能神经元呈现截然不同的输入分布，纹状体输入比例较低，非纹状体区域贡献更广。光遗传电生理实验证实，纹状体输入在NBM胆碱能神经元上形成功能性单突触GABA能抑制性突触，且该通路在5xFAD小鼠中受损，表现为抑制性突触强度降低、配对脉冲比率升高和光响应神经元比例下降。这些发现表明，AD相关的胆碱能环路功能障碍不仅涉及胆碱能神经元的内在退化，还可能包括上游突触输入的破坏。研究强调，AD相关的突触重塑并非简单的全局性增强或减弱，而是依赖于突触前细胞类型、神经递质身份、投射靶区和局部突触环境，呈现通路特异性变化。
