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目的:光遗传学技术(optogenetics)是利用光敏感通道蛋白特异性激活或者抑制神经元活性的一种新型神经调控技术。本研究探讨光遗传学神经调控技术激活内侧前额叶Parvalbumin(PV)中间神经元对血管性痴呆(Vasculardementia,VD)大鼠工作记忆障碍的改善作用,并揭示PV中间神经元影响血管性痴呆大鼠内侧前额叶兴奋/抑制平衡的可能机制。方法:(1)将40只SPF级健康雄性SD大鼠采用随机数字表法,分为假手术组10只,手术组30只,手术组参考Kazuo SUGIO学者等方法行双侧颈总动脉永久性结扎制备血管性痴呆大鼠模型,假手术组仅分离血管不进行结扎。在造模前3周,手术组大鼠在内侧前额叶注射PV中间神经元启动子的ChR2光遗传学病毒及光纤埋置。采用小动物核磁共振3D-MRA血管成像检测双侧颈总动脉永久性结扎是否成功,并采用Y迷宫和新物体识别测试大鼠行为学变化以检验模型。(2)将手术组模型成功大鼠依据随机数字分为3组,模型组、光遗传干预组和光遗传假干预组,每组各10只。造模2周后,进行光遗传干预和光遗传假干预,干预采用波长473 nm光刺激,频率40Hz,光强1 mW,间隔5 ms刺激1次,持续15 min,每天干预1次,共干预3周;光遗传假干预采用550 nm波长光刺激,其他参数与光遗传干预一致。假手术组和模型组在同等条件下只抓取,不做干预。(3)采用磁共振波谱成像分析各组大鼠内侧前额叶兴奋性神经递质谷氨酸(Glu)、抑制性神经递质Y-氨基丁酸(GABA)和N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)的物质代谢变化特点。(4)采用Y迷宫自发交替实验检测各组大鼠的工作记忆能力。(5)采用激光共聚焦扫描显微镜观察内侧前额叶PV中间神经元表达情况;尼氏染色观察内侧前额叶脑区神经元形态及丢失情况;免疫组化分析内侧前额叶GAD67和NMDAR的表达情况。结果:(1)血管性痴呆模型检验:①血管成像显示,假手术组大鼠脑部血流通畅,血管清晰可见,并未见明显的走形异常;模型组、光遗传干预组、光遗传假干预组大鼠在颈总动脉结扎后,可见明显的血管中断;②Y迷宫交替实验、新物体识别行为学显示造模2周后模型组、光遗传干预组、光遗传假干预组大鼠1h新物体偏爱系数降低(P<0.001),Y迷宫自发交替率降低(P<0.05或P<0.01),三组组间无统计学差异(P>0.05),表明血管性痴呆大鼠在造模14天时出现了工作记忆及物体识别障碍,且三组大鼠干预前基线一致。(2)内侧前额叶PV中间神经元光敏感通道蛋白的表达情况:光遗传干预组和光遗传假干预组两者内侧前额叶均见PV神经元表达绿色荧光,表明两组大鼠内侧前额叶PV神经元成功表达光感通道蛋白ChR2。(3)光遗传学调控内侧前额叶PV中间神经元对血管性痴呆大鼠工作记忆障碍的影响:与假手术组相比,模型组大鼠Y迷宫交替率显著降低(P<0.01),与模型组、光遗传假干预组相比,光遗传干预组交替率显著增加(P<0.01)。差值比较显示,干预后,与模型组、光遗传假干预组相比,光遗传干预组相较于干预前交替率显著提升(P<0.05或P<0.01),提示光遗传学调控内侧前额叶PV中间神经元可以有效改善血管性痴呆大鼠工作记忆障碍。(4)光遗传调控内侧前额叶PV中间神经元对血管性痴呆大鼠神经递质代谢的影响:与假手术组相比,模型组内侧前额叶神经调质NAA降低(P<0.001),抑制性神经递质GABA含量降低(P<0.05),兴奋性神经递质Glu含量增加(P<0.05),与模型组、光遗传假干预组相比,光遗传干预组内侧前额叶NAA含量增加(P<0.05或P<0.01),GABA含量增加(P<0.05),Glu含量变化无统计学差异,但有降低趋势(P>0.05),表明光遗传调控内侧前额叶PV中间神经元可以促进血管性痴呆大鼠内侧前额叶神经递质释放的平衡。(5)光遗传调控内侧前额叶PV中间神经元对血管性痴呆大鼠内侧前额叶组织病理学的影响:尼氏染色显示假手术组内侧前额叶神经元的尼氏体富集,神经细胞排列密集整齐、数量较多,模型组神经元排列散乱且染色较浅,数量明显减少;光遗传干预组内侧前额叶神经细胞数量增多;光遗传假干预组未显示出内侧前额叶尼氏体数量的变化。(6)光遗传神经调控内侧前额叶PV中间神经元对血管性痴呆大鼠内侧前额叶NMMDAR和GAD67表达的影响:与假手术组相比,模型组内侧前额叶GAD67的表达减少(P<0.01或P<0.001),NMDAR表达增加(P<0.01);与模型组、光遗传假干预组相比,光遗传干预组内侧前额叶GAD67表达增加(P<0.05),NMDAR表达降低(P<0.05),表明光遗传调控内侧前额叶PV中间神经元可以调节血管性痴呆大鼠内侧前额叶GAD67和NMDAR表达。结论:光遗传学调控内侧前额叶PV中间神经元可以改善血管性痴呆大鼠工作记忆障碍,其作用机制与通过激活PV中间神经元调节GABA/Glu神经递质的释放及其受体的表达,进而促进内侧前额叶兴奋/抑制平衡有关。