猕猴联合皮层投射特异性可逆功能阻断技术的开发与应用

研究人员针对灵长类联合皮层（特别是前额叶）功能调控技术受限的难题，开发了基于化学遗传学（chemogenetics）的投射特异性可逆功能阻断方法。通过Cre-DIO/hM4Di和Tet-On/Cre-DIO/eTeNT双系统，在猕猴背侧运动前区（DPM）实现跨半球投射的精准调控，结合光遗传学（ChrimsonR）电生理验证，为灵长类神经环路研究提供了新工具。该成果发表于《Neuroscience Research》，为高阶认知神经机制研究奠定技术基础。

　　

在神经科学研究领域，灵长类动物特别是猕猴的大脑因其与人类的高度相似性，成为研究高级认知功能的重要模型。然而，长期以来，科学家们面临一个棘手的技术瓶颈：如何精准调控猕猴大脑中特定神经环路的活性？这个问题在前额叶皮层（prefrontal cortex）等联合皮层区域尤为突出。这些区域不仅体积庞大、功能复杂，而且缺乏感觉运动皮层那样的明确拓扑结构，使得传统的光遗传学（optogenetics）技术难以施展拳脚。更关键的是，每个前额叶皮层区域会向多个脑区发出投射（projection），而这些投射往往源自不同的神经元群体。现有的神经调控方法如神经毒素或药理学阻断，会同时抑制所有连接，无法实现投射特异性（projection-specific）的精准干预。

针对这一技术困境，日本理化学研究所（RIKEN）的研究团队在《Neuroscience Research》发表了一项突破性研究。他们巧妙地将化学遗传学（chemogenetics）技术与基因调控系统相结合，开发出两种互补的投射特异性功能阻断方法：一种是基于抑制性DREADD（hM4Di）的快速调控系统，另一种是基于破伤风毒素（tetanus toxin, TeTX）的慢性调控系统。这两种方法分别通过口服或静脉注射药物即可激活，完美避开了光遗传学在灵长类大尺度脑区应用时的光照覆盖难题。

研究团队选择猕猴背侧运动前区（dorsal premotor cortex, DPM）的连合纤维（commissural connection）作为测试系统，这个区域不仅具有前额叶的典型投射特征（发散与汇聚并存），而且位于大脑背侧表面便于操作。通过病毒载体（viral vectors）介导的基因传递，在投射源区表达Cre依赖的hM4Di或Tet-On/Cre依赖的eTeNT，同时在靶区通过逆向感染（retrograde infection）引入Cre或rtTA/iCre。电生理验证采用创新的慢性记录技术——在皮层表面植入LED刺激板和ECoG记录板，通过光激活ChrimsonR激发动作电位，记录跨半球投射的局部场电位（LFP）响应。

研究结果首先通过免疫组化证实了两种方法的特异性：hM4Di-mCherry和eTeNT-3×HA均严格限定在双标记神经元中表达。电生理数据显示，hM4Di激活使对侧响应降低28%（p=8.8×10^-15
），而同侧响应无显著变化；eTeNT诱导使对侧响应降低49%（p=9.5×10^-15
），显著高于同侧的19%降幅（p=1.9×10^-6
）。值得注意的是，两种方法都观察到响应幅度的渐进性下降，提示可能存在免疫反应或植入设备压迫等干扰因素。

在讨论部分，作者深入分析了技术优化的方向。对于hM4Di系统，响应抑制不完全（28%）可能与AAV9载体的逆行感染导致"污染性"逆行动作电位有关，建议改用逆行能力弱的AAV1载体；而荧光蛋白标签可能引发的免疫反应提示未来应采用更小的HA标签。对于eTeNT系统，响应在停药后持续下降的现象，与 Yamamoto et al. (2003) 报道的eTeNT半衰期不符，更可能是慢性植入设备引起的组织压迫所致。

这项研究的意义在于首次在灵长类联合皮层实现了投射特异性、药物可控的神经调控，填补了从啮齿类到人类研究的转化空白。两种方法各具特色：hM4Di适合需要快速开关的实验场景（如行为学测试），而eTeNT更适合研究神经可塑性等慢过程。尽管存在响应衰减等技术细节待优化，但这项工作为解析前额叶复杂环路奠定了方法论基础，对理解决策、工作记忆等高级认知功能的神经机制具有重要价值。未来通过改进病毒载体选择（如采用AAV1替代AAV9）、优化蛋白标签设计（如用HA替代mCherry）以及开发更温和的慢性记录技术，有望建立更稳定、特异的灵长类神经调控平台。