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帕金森病（Parkinson’s disease,PD）是一种由中脑黑质（substantia nigra,SN）多巴胺能神经元退行性死亡导致纹状体中多巴胺水平降低,进而影响基底节活性异常的运动障碍性疾病。目前临床上针对基底节活性进行治疗的方法主要为脑深部电刺激术（deep brain stimulation,DBS）。DBS治疗PD常用靶点为丘脑底核（subthalamic nucleus,STN）及其下游核团苍白球内侧部（globus pallidus interior,GPi）。值得注意的是,两者在治疗效果方面及副作用方面存在较多差异。这些治疗差异提示,除STN-GPi环路外,STN可能存在其他下游核团参与运动控制和PD运动障碍的发生。与此同时,研究发现长时间基底节核团活性异常会导致细胞及环路水平可塑性变化。而这种可塑性变化是否参与PD运动障碍的发生,目前尚不清楚。因此为了探究以上问题,本文主要从下几个方面展开研究。研究目的:探究STN是否存在其他下游核团参与PD模型鼠运动障碍发生,STN与新下游核团之间可塑性是否发生变化及其对PD模型鼠运动障碍的作用。研究方法:1.采用多种病毒示踪方式验证STN与新下游核团之间解剖学上的纤维连接,进一步应用光遗传学偶联电生理方法从功能学上验证单突触连接。2.6-羟基多巴胺（6-hydroxydopamine,6-OHDA）立体定位注射建立单侧PD啮齿类动物模型后,采用抗c-fos抗体免疫荧光染色、在体电生理记录观察PD模型鼠中新核团活性变化。3.平衡木实验及阿扑吗啡诱导旋转实验评估PD模型小鼠给予药理学、在体光遗传学操控新核团活性后运动障碍的改善情况。4.在离体脑片水平,通过全细胞膜片钳记录方法测量STN与新下游核团之间环路可塑性变化;蛋白质免疫印迹法观察AMPA-Glu R1磷酸化变化;药理学偶联行为学观察新环路可塑性变化在PD小鼠运动障碍发生中的作用。研究结果:1.丘脑前核（anterior thalamus nucleus,ANT）是STN尚未被报道的下游核团利用多种病毒示踪方式,我们对STN下游环路进行探究。结果显示:单侧小鼠STN注射顺行示踪病毒后,苍白球内侧部、苍白球外侧部等已知的下游核团中观察到被荧光蛋白标记的纤维。除此之外,ANT也存在被荧光蛋白标记的纤维,提示ANT是STN尚未被报道的下游核团。随后利用顺行跨单级突触病毒示踪系统,进一步证实STN与ANT之间存在单突触解剖学连接。利用逆行病毒示踪技术,在ANT注射逆行示踪病毒,在STN胞体观察到被荧光蛋白标记的细胞;在功能连接方面,我们观察到:单侧小鼠STN注射表达光敏通道蛋白的病毒后,利用光遗传学偶联膜片钳技术在ANT脑片给予蓝光照射激活STN投射至ANT的纤维末梢后,ANT神经元可以记录到光诱发兴奋性突触后电流（excitatory postsynaptic currents,EPSCs）;并且在给予钠离子通道阻断剂河豚毒素（Tetrodotoxin,TTX）及钾离子通道阻断剂4-氨基吡啶（4-aminopyridine,4-AP）后EPSCs依然存在,表明STN与ANT之间存在功能上的兴奋性单突触连接。2.单侧PD模型鼠损伤侧ANT神经元活性增高采用6-OHDA脑立体定位注射方法建立单侧PD大鼠及小鼠模型。免疫荧光染色方法观察单侧PD小鼠给予腹腔注射阿扑吗啡1.5 h后双侧ANT中c-fos表达情况。结果显示:损伤侧ANT中c-fos表达较非损伤侧明显增多,而正常对照组小鼠双侧ANT内c-fos表达无差异,提示PD小鼠损伤侧ANT活性增高。利用神经毒素鹅膏蕈氨酸（ibotenic acid,IBO）损毁上游核团STN后,PD小鼠损伤侧ANT内c-fos表达恢复正常,提示PD小鼠损伤侧ANT活性增高与其上游核团STN活性关系密切。为进一步验证PD状态下损伤侧ANT活性变化,我们应用在体电生理技术记录自由活动状态下单侧PD大鼠双侧ANT神经元放电情况。结果发现,损伤侧ANT神经元放电频率明显增高（Con:7.96（8.14）Hz,Ips:22.94（47.2）Hz）。除此之外,PD模型大鼠损伤侧ANT中也可观察到与PD运动障碍密切相关的β频段（15-35 Hz）病理性震荡。3.抑制ANT尤其STN-ANT环路改善PD小鼠运动障碍IBO立体定位注射损毁ANT一周后我们观察到:与溶剂对照组相比,采用药理学方法抑制ANT活性后小鼠通过平衡木时间缩短（AA:4.13±0.23 s,n=7;IBO:3.36±0.16 s,n=7;P=0.018）,阿扑吗啡诱导的旋转次数减少（AA:6.43±0.76,n=6;IBO:0.52±0.52,n=6,P<0.001）。随后利用光遗传学技术,在ANT注射表达光抑制蛋白e Np HR的病毒同时原位埋植光纤。给予黄光刺激抑制ANT神经元活性后同样能够改善PD小鼠运动障碍。为进一步探究STNANT环路在改善PD小鼠运动障碍中的作用,我们在STN注射表达e Np HR的病毒,同时在下游ANT埋植光纤从而特异性地操控STN-ANT环路,结果显示:给予黄光刺激抑制STN-ANT环路能够减少小鼠通过平衡木时间（laser off:4.36±0.49 s;laser on:3.72±0.39 s）及阿扑吗啡诱导的旋转次数（laser off:10.67±2.09;laser on:5.88±1.11）。相似地,借助Cre-Lox P系统在接受STN投射的ANT神经元中表达e Np HR后,利用光遗传学特异性的抑制这部分表达e Np HR的神经元,同样能够改善PD小鼠运动障碍,提示STN-ANT环路在PD运动障碍发生中具有重要作用。4.STN-ANT环路可塑性参与PD运动障碍发生为探究单侧PD模型小鼠STN-ANT环路是否存在可塑性变化,我们采用局部电刺激及光遗传学偶联电生理的方法进行验证,结果显示:PD小鼠损伤侧AMPAR-EPSCs与NMDAR-EPSCs比值在电刺激或光诱发条件下均增加,提示STN-ANT环路突触连接增强,并且与突触后AMPAR相关。进一步的研究发现,损伤侧AMPAR整流系数增加,提示损伤侧AMPAR中Glu R1亚基在膜上表达增加。Western blot结果亦证实,损伤侧ANT神经元内S845位点磷酸化的Glu R1（Glu R1-S845）显著增加。应用蛋白激酶A（protein kinase A,PKA）抑制剂H-89抑制S845的磷酸化可使损伤侧ANT内异常增高的AMPAR-EPSC/NMDAREPSC恢复正常（a CSF:3.85±0.90;H-89:1.57±0.17）,并缓解PD小鼠运动障碍（平衡木实验:a CSF:4.31±0.26 s;H-89:3.67±0.18 s。阿扑吗啡诱导旋转实验:a CSF:10.86±1.04;H-89:7.93±0.93）。进一步地,通过设计锚定到S845位点的穿膜肽（TAT-S845）特异性的阻断S845位点磷酸化,同样能够降低损伤侧ANT神经元的AMPAR-EPSC/NMDAR-EPSC并改善PD小鼠运动异常。研究结论:我们的研究首次发现STN-ANT突触通路及其可塑性参与PD模型鼠运动障碍,并对其机制进行探究后发现:（1）ANT是STN尚未被报道的下游核团;（2）干预STN-ANT连接通路能显著改善PD模型动物的运动障碍,并且其机制可能与突触后AMPA谷氨酸受体Glu R-S845磷酸化增加所介导的STN-ANT突触功能异常增加相关。这一结果扩展了当前基底节运动控制环路的新视角,为理解多巴胺渐进性丢失后PD运动障碍的发生及防治的技术研发提供新思路。与此同时为面对恶劣操作环境及繁重工作压力条件下维持官兵运动控制能力,提高官兵精细化操控提供新的靶点,这部分工作对提高部队战斗力具有极其重要的现实意义。