基于腺相关病毒载体环路示踪技术探索皮层神经元调控排便反射的神经回路机制研究
批准号:
82060103
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
鲁兵
依托单位:
学科分类:
消化道动力异常
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
鲁兵
中文摘要
排便是由高级中枢参与的神经调控行为,皮层中存在与排便有关的神经元,自发性排便调控的神经环路机制不明确。本课题组前期证实排便的低级中枢位于脊髓腰骶L1至S1节段,且与脑干内侧的Barrington氏神经核团关系密切;功能性脑成像暗示排便受到皮层活动调控,解剖学追踪实验表明桥脑接收来自皮层区域的投射,然后投射到桥脑的导水管灰质;据此我们推测:粪便从储存到排出的转换神经机制可能涉及桥脑之上的皮质回路,调控排便活动的神经反射客观存在两级系统,皮层特定神经元活动与排便反射行为密切相关,激活皮层特定神经元对脑桥功能区的投射引发排便行为。本项目采用基于腺相关病毒载体的环路示踪技术、光遗传学、化学遗传、在体光纤记录等技术,定位排便行为密切相关的大脑皮层特定神经元,确定皮层神经元通过投射脑桥触发排便行为,明确皮层神经元通过脑干功能区调控排便反射的神经回路机制,为今后治疗排便功能障碍相关疾病提供了新的思路。
英文摘要
Defecation is a neuro regulatory behavior involving the senior center. There are neurons related to defecation in the cortex, and the neural loop mechanism of spontaneous defecation regulation is not clear. Our team has previously confirmed that the lower center of defecation is located in the L1-S1 segment of the lumbosacral spinal cord, which is closely related to the Barrington's nucleus on the medial side of the brain stem; functional brain imaging suggests that defecation is regulated by cortical activity, and anatomical tracking experiments show that the pontine receives projections from the cortical region, and then projects to the aqueduct gray of the pontine; therefore, we speculate that: feces from storage to storage There are two levels of neuroreflexes regulating defecation activity. The specific cortical neuron activity is closely related to defecation reflexes. The specific cortical neuron can activate the projection of the specific cortical neuron to the pontine function area to trigger defecation behavior. In this project, loop tracking technology based on adeno-associated virus vector, photogenetics, chemical genetics, in vivo optical fiber recording and other technologies are used to locate specific neurons in the cerebral cortex closely related to defecation behavior, determine the neural loop mechanism of cortical neurons regulating defecation reflex through brainstem function area, and determine the future treatment Defecation dysfunction related diseases provide new ideas.
正常的排便不仅需要正常的直肠肛门解剖及发育正常,还有赖于其控制感觉和活动的周围及中枢神经通路的健全,对于排便的低级脊髓中枢,既往大量动物实验研究已经得到证实,但是对于排便的高级中枢,目前情况尚不明了。本研究利用伪狂犬病毒(PRV)示踪技术和钙成像技术,探讨大鼠排便反射的高级中枢定位及相关神经通路机制。研究将成年SD大鼠分为实验组和对照组,实验组大鼠在直肠壁内注射编码荧光蛋白的PRV病毒,对照组大鼠则注射空载体病毒。注射5天后,处死大鼠并取出直肠和大脑组织进行荧光定量分析。同时,使用基因编码的钙离子指示剂(如GCaMP)结合活体钙成像技术,观察排便活动相关神经元的钙信号动力学变化。结果显示实验组大鼠的下丘脑可观察到逐渐增强的荧光信号,通过图形分析可明确椎体神经元是直肠的上游突触连接神经元,通过活体钙成像技术可进一步明确排便活动时下丘脑区域的神经元钙信号明显上升。本研究初步明确了大鼠排便反射的定位中枢,并通过伪狂犬病毒示踪技术和钙成像技术,动态观测到排便活动时相关中枢神经元的显著电活动信号。这一发现为进一步理解排便反射的神经调控机制提供了重要的基础,同时为相关神经通路的进一步研究提供了理论和实验室依据。未来的研究将继续深入探索直肠-脊髓-中枢神经回路的完整性及其在排便反射中的功能角色。
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