Gi-DREADD介导的背侧海明星形胶质细胞调控改善单侧6-羟基多巴胺损伤大鼠的工作记忆和海马依赖性记忆

《Brain Research》:Gi-DREADD-mediated modulation of astrocyte in the dorsal hippocampus improves working and hippocampus-dependent memory in the unilateral 6-hydroxydopamine lesioned rats

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月12日 来源:Brain Research 3.2

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   摘要认知功能障碍是帕金森病(PD)常见的非运动症状之一。尽管其机制尚不清楚,但新兴研究表明背侧海马(dHIPP)和星形胶质细胞(AS)可能参与PD的认知功能障碍。因此,本研究在假手术和单侧6-羟基多巴胺(6-OHDA)损伤的大鼠中,利用Morris水迷宫和孔板试验,考察了通过

  

摘要

认知功能障碍是帕金森病(PD)常见的非运动症状之一。尽管其机制尚不清楚,但新兴研究表明背侧海马(dHIPP)和星形胶质细胞(AS)可能参与PD的认知功能障碍。因此,本研究在假手术和单侧6-羟基多巴胺(6-OHDA)损伤的大鼠中,利用Morris水迷宫和孔板试验,考察了通过Gq或Gi介导的仅由设计性药物激活的人工受体(DREADD)操纵dHIPP AS对工作记忆和海马依赖性记忆的影响。结果显示,6-OHDA损伤损害了工作记忆和海马依赖性记忆,降低了dHIPP的峰值θ(theta)频率以及记忆相关脑区的多巴胺水平。虽然损伤未改变dHIPP中胶质纤维酸性蛋白(GFAP)水平或GFAP阳性AS的密度,但dHIPP的CA1和CA3区域AS的细胞体面积和每个细胞的一级突起数量增加。Gi-DREADD介导的dHIPP AS操纵仅改善了损伤大鼠的工作记忆和海马依赖性记忆,并提高了dHIPP的峰值θ频率。它在假手术和损伤大鼠的一些记忆相关脑区中也提高了5-羟色胺水平。相比之下,Gq-DREADD介导的dHIPP AS操纵无显著效应。这些结果表明,Gi-DREADD介导的dHIPP AS操纵可通过提高dHIPP的峰值θ频率改善帕金森大鼠的工作记忆和海马依赖性记忆,单胺类物质的变化也在此过程中发挥作用。

引言

帕金森病(PD)是最常见的神经退行性疾病之一,经典特征为运动功能障碍,常伴随多种非运动症状,如情感功能障碍、睡眠障碍和认知障碍(Jankovic, 2008)。记忆障碍,如工作记忆缺陷,是PD患者中常见的认知症状(Bradley等, 1989, Pan等, 2022, Ramos和Machado, 2021, Siegert等, 2008),并可对患者的日常生活产生严重的负面影响(Kalia和Lang, 2015, Simuni和Sethi, 2008)。然而,PD相关认知障碍的病理生理机制知之甚少,导致有效的治疗方法有限。
多个脑区参与工作记忆的神经回路,包括内侧前额叶皮层(mPFC)、前丘脑核和海马(Durstewitz等, 2000, Ranganath, 2006, Roy等, 2022, Wilhelm等, 2023)。具体而言,背侧海马(dHIPP)投射至后扣带皮层和 anterior 扣带皮层,这些区域主要参与视空间信息和记忆处理(Fanselow和Dong, 2010)。dHIPP具有最高密度和选择性的位置细胞,编码空间位置,该区域的损伤会导致大鼠工作记忆和参照记忆等认知功能受损(Fanselow和Dong, 2010, Meléndez等, 2020, Waters等, 2023)。磁共振成像的神经影像证据表明,PD患者存在海马萎缩,与工作记忆和言语记忆缺陷等轻度认知障碍相关(Ibarretxe-Bilbao等, 2009, Kandiah等, 2014)。神经病理学分析显示,dHIPP的CA1和CA2亚区以及内嗅皮层的Lewy病理与Lewy体痴呆中的记忆障碍在功能上相关(Adamowicz等, 2017, Churchyard和Lees, 1997)。这些发现表明dHIPP可能是PD相关工作记忆缺陷的关键脑区。
星形胶质细胞(AS)是中枢神经系统中数量最多的胶质细胞类型,调节离子和神经递质稳态、胆固醇和鞘脂代谢,并对环境因素作出反应,所有这些已被证实与阿尔茨海默病(AD)和PD等神经疾病有关(Endo等, 2022, Lee等, 2022, Zhou等, 2019)。在PD前驱期模型中,黑质致密部(SNc)的神经炎症伴随AS激活与非运动症状(如社会记忆障碍)相关(Oliveira等, 2024)。此外,AS特异性毒素L-α-氨基己酸诱导mPFC中星形胶质细胞丧失,影响大鼠的注意成套转换、工作记忆和逆转学习功能(Lima等, 2014)。胶质谷氨酰胺在维持神经末梢池中最佳谷氨酸水平方面发挥重要作用,改变脑谷氨酸能神经传递及其受体活性会引起认知任务习得和表现受损(Kant等, 2014)。据报道,大麻和大麻素对小鼠工作记忆的损害是由于星形胶质细胞1型大麻素受体激活所致,与体内星形胶质细胞依赖性的海马长时程抑制有关(Han等, 2012)。AS参与多巴胺能和5-羟色胺能信号调节,多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)等单胺类物质缺乏与认知障碍相关(Buhot等, 2000, Hu等, 2025, Petrelli和Bezzi, 2016, Porter和McCarthy, 1997, Sawaguchi和Goldman-Rakic, 1991)。我们之前的研究发现,dHIPP AS参与调节偏侧帕金森大鼠中PD相关的焦虑样和抑郁样行为,伴随相关脑区单胺类水平的调节(Hu等, 2025)。基于这些发现,假设dHIPP中的AS可能参与PD相关的工作记忆和海马依赖性记忆障碍。
因此,本研究在通过单侧SNc 6-羟基多巴胺(6-OHDA)损伤建立的PD大鼠模型上进行,通过仅由设计性药物激活的人工受体(DREADD)化合物实现dHIPP AS的化学遗传学操纵。研究目的是考察dHIPP AS化学遗传学操纵对工作记忆和海马依赖性记忆、dHIPP中的theta(θ)节律以及记忆相关脑区DA和5-HT水平的影响。同时也检测了6-OHDA损伤引起的dHIPP中胶质纤维酸性蛋白(GFAP)水平的变化。

各节摘要

动物与药物

本研究使用的所有成年雄性Sprague-Dawley大鼠(体重270–320 g,年龄3–4个月)均购自西安交通大学实验动物中心,在受控环境条件下饲养(温度22 ± 1°C,湿度55 ± 5%,12/12 h光暗周期),自由摄食饮水。所有实验操作严格按照《实验动物饲养与使用指南》和《生物医学》进行

重组AAV载体表达及多巴胺能神经元计数

图2A显示了一只损伤大鼠dHIPP的代表性局部场电位(LFP)记录位点。图2B是一只因注射携带mCherry的AAV载体而诱导dHIPP中AS表达的荧光蛋白的典型表现。在dHIPP中观察到的高强度荧光表明,携带GFAP启动子的重组AAV载体注射位置准确且表达成功。表达荧光蛋白的大鼠数据被纳入

讨论

本研究的主要结果如下:(i)单侧SNc 6-OHDA损伤损害了大鼠在MWM和HBT中的工作记忆和海马依赖性记忆,降低了dHIPP的峰值θ频率,并降低了纹状体、mPFC、dHIPP和vHIPP中DA的水平,但这些脑区5-HT水平无变化;(ii)Gi-DREADD介导的dHIPP AS调节改善了工作记忆和海马依赖性记忆,并提高了dHIPP的峰值θ频率

结论

综上所述,本研究显示大鼠单侧SNc损伤导致dHIPP中DA和峰值θ频率降低,并产生工作记忆和海马依赖性记忆缺陷。此外,损伤未改变dHIPP中GFAP蛋白水平或GFAP阳性AS的密度,而dHIPP CA1和CA3区域的AS细胞体面积和每个细胞的一级突起数量增加。Gi-DREADD介导的dHIPP AS调节

作者贡献声明(CRediT)

张智:审稿与编辑、撰写初稿、调查研究。陈宇轩:审稿与编辑、调查研究、形式分析。梁烨:验证、数据整理。张明达:调查研究、形式分析。高尚文:审稿与编辑、形式分析。胡浩:软件、资源。李凡:方法学。郭元:审稿与编辑、调查研究。陈丽:审稿与编辑、调查研究。王涛:审稿与编辑、形式

资金支持

本研究由陕西省自然科学基金(编号2022JM-442)和大学生研究训练实践创新基金(编号S202310698635,中国)资助。

数据可用性

数据可根据要求提供。

未引用参考文献

Burda等, 2022, Escartin等, 2021, Hart和Karimi-Abdolrezaee, 2021, Henning等, 2008。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知经济利益冲突或个人关系。
张智|陈宇轩|梁烨|张明达|高尚文|胡浩|李凡|郭元|陈丽|王涛|张丽|刘建
西安交通大学医学中心基础医学院生理与病理生理学系,西安710061,中国
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