Neuron：华中科技大学鲁友明/朱玲强团队揭示调控焦虑和空间记忆的两类胆碱能神经元

内侧隔核（MS）中的胆碱能神经元是前脑胆碱能输入的主要来源，并调节感觉处理、记忆和注意力等多个功能。

胆碱乙酰转移酶（ChAT）是一种合成乙酰胆碱神经递质的酶，广泛用作标记胆碱能神经元。在人类基底前脑组织中胆碱能神经元也表达低亲和力神经生长因子受体p75和钙结合蛋白D28K（D28K）。

D28K是一种钙离子结合蛋白，其表达被认为对钙离子依赖性神经元变性具有保护作用。老年人和阿尔兹海默症患者基底前脑胆碱能神经元D28K表达降低。

2022年9月20日华中科技大学同济医学院鲁友明/朱玲强研究团队在Neuron杂志上发表文章揭示了在内侧隔核存在两类结构不同（投射到不同海马区域）、功能不同（焦虑行为和空间记忆）的胆碱能神经元。

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两类不同解剖结构的胆碱能神经元

荧光原位杂交发现MS区域ChAT标记的神经元均表达抑制性神经元标志物，部分神经元表达D28K，不表达兴奋性神经元标志物。在小鼠MS区域D28K阳性神经元主要表达在边缘区域，而D28K阴性神经元主要表达在中心区域，在空间上存在互补关系。在猕猴和人类D28K阳性与D28K阴性胆碱能神经元在MS区域中心和周围边缘区域均有表达。

在电生理功能上这两种类型神经元存在差异：D28K阳性神经元呈现两极形态，动作电位低放电频率，而D28K 阴性神经元呈现多极形态，动作电位呈现高放电频率。然而，这两种胆碱能神经元亚型的静息膜电位几乎没有差异。

病毒示踪实验发现MS区域D28K阳性神经元和D28K阴性神经元投射到全脑多个脑区，其中主要脑区为皮层和海马区域。D28K阳性神经元主要支配腹侧海马CA1区（后续简称为D28K+？ VPNs），D28K阴性神经元主要支配背侧海马DG区（后续简称为D28K-？ DGNs）。进一步电生理实验表明D28K阳性神经元投射到 VPNs形成的功能性突触共释放乙酰胆碱和抑制性递质GABA，D28K阴性神经元投射到 DGNs形成的功能性突触仅释放乙酰胆碱。

图1：内侧隔核D28K阳性神经元空间分布

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两类不同分子定义的胆碱能神经元

单细胞测序技术发现D28K阳性神经元大量富集表达kcnh1基因（编码Eag1钾离子通道），D28K阴性神经元富集表达cacna1h基因（编码低电压门控钙离子通道）。敲除MS区域D28K阳性神经元kcnh1基因后动作电位放电频率增加，阈值降低；敲除D28K阴性神经元cacna1h基因后动作电位放电频率降低。

图2：单细胞测序揭示不同胆碱能神经元分子特征

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两类不同功能的胆碱能神经元

特异性敲除小鼠MS区域D28K阳性神经元kcnh1基因并不影响空间记忆功能，在高架实验中进入开放臂的次数和时间均减少，表现出焦虑表型，腹侧海马CA1区域注射胆碱能受体拮抗剂可阻断这种焦虑行为的发生。此外，慢性抑制D28K+？ VPNs环路后上述焦虑行为得到明显改善。

基底前脑中的胆碱能神经元活性影响兴奋性突触传递的变化并诱导海马θ振荡活动。特异性敲除小鼠MS区域D28K阴性神经元cacna1h基因并不参与焦虑行为，但表现明显的空间记忆障碍。θ脉冲刺激腹侧背侧海马DG区能够明显改善空间记忆障碍。

图3：两类不同胆碱能神经元调控不同行为

总结

本文发现在内侧隔核存在两种不同类型的胆碱能神经元：D28K阳性神经元和D28K阴性神经元，前者调控焦虑行为，后者调控空间记忆功能。

原始出处：

Li et al.， Molecularly defined and functionally distinct cholinergic subnetworks， Neuron (2022). https：//doi.org/10.1016/j.neuron.2022.08.025.