腹侧海马区CaMKⅡα阳性神经元化学遗传调控对偏侧帕金森病大鼠工作记忆障碍的影响

《Neurochemistry International》：Effects of chemogenetic regulation of CaMKⅡα positive neurons in the ventral hippocampus on working memory impairment in the hemiparkinsonian rat

　　

李张|杜成学|史梦瑞|胡浩|范莉|郭园|刘健

中国西安交通大学健康科学中心基础医学科学学院生理学与病理生理学系，西安710061

摘要

腹侧海马区（vHIP）中表达Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱα（CaMKⅡα）的神经元在工作记忆中起着关键作用。然而，其在帕金森病（PD）相关的工作记忆障碍中的作用仍不清楚。在本研究中，通过6-羟基多巴胺对大鼠的内侧前脑束（MFB）进行单侧损伤来建立PD模型。观察了化学遗传激活或抑制vHIP中CaMKⅡα阳性神经元对工作记忆、内侧前额叶皮层（mPFC）的θ节律以及背侧海马区（dHIP）、vHIP和mPFC中的多巴胺（DA）和5-羟色胺（5-HT）水平的影响。结果表明，在对照组大鼠中，化学遗传激活或抑制vHIP中的CaMKⅡα阳性神经元并未影响工作记忆、mPFC的θ节律峰值或dHIP、vHIP和mPFC中的DA和5-HT水平。而在MFB损伤的大鼠中，激活vHIP中的CaMKⅡα阳性神经元可以改善工作记忆障碍，增加mPFC的θ节律峰值，并提高dHIP、vHIP和mPFC中的DA水平；而抑制CaMKⅡα阳性神经元则会加重工作记忆障碍，降低mPFC的θ节律峰值并减少5-HT水平。这些结果表明，vHIP中的CaMKⅡα神经元可能通过改变mPFC的θ节律峰值和相关脑区的单胺水平来调节PD相关的工作记忆障碍。

引言

认知衰退是帕金森病（PD）患者除了标志性运动症状之外可能经历的一系列非运动症状之一，它严重影响了患者的生活质量（Aarsland等人，2021；Leroi等人，2012；Schapira等人，2017）。PD患者患痴呆症的风险是健康人群的2.5-6.0倍，PD发病后5年内累积患病率为17%，10年后为9%-46%，20年后为74%-83%（Oikonomou等人，2025）。值得注意的是，包括工作记忆缺陷在内的认知功能障碍可能在疾病早期就存在，但这些症状在临床上常被忽视（Muslimovic等人，2005；Owen等人，1997）。

自发现双侧内侧颞叶切除会导致失忆症以来，海马在记忆中的作用受到了广泛关注并持续研究（Scoville和Milner，1957；Strange等人，2014）。海马已被证明参与多种认知行为的调节，包括工作记忆（Méndez等人，2008；Olsen等人，2012）。海马沿背腹轴的分化表明它不是一个均匀的结构。腹侧海马（vHIP）被认为更参与情绪调节和认知行为，如空间学习和工作记忆（Fanselow和Dong，2010；Ferbinteanu等人，2003；Gulyaeva等人，2019；McDonald等人，2018；Moser和Moser，1998；Shareghi等人，2022）。过去20年的多项研究发现PD患者存在海马萎缩，其中一些患者表现出记忆障碍（Calabresi等人，2013）。1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶诱导的多巴胺能损伤对海马沿背腹轴的突触传递有不同的影响，对vHIP的影响更为显著，因为vHIP的多巴胺能神经支配更为丰富（Verney等人，1985；Castro-Hernández等人，2017）。海马中的θ节律与记忆和决策等过程有关。在决策过程中，vHIP中的θ节律峰值相对较高（Schmidt等人，2013），这表明vHIP中的θ振荡在海马认知功能中起着关键作用。作为皮质-边缘-纹状体通路的重要组成部分，内侧前额叶皮层（mPFC）及其连接区域与PD的非运动症状的病理生理学有关（Radley等人，2008）。一些研究表明，PD状态下mPFC中的单胺（包括多巴胺（DA）、5-羟色胺（5-HT）和去甲肾上腺素）发生了变化，这对认知功能非常重要（Xu等人，2019）。此外，mPFC与vHIP有直接的兴奋性连接，这对工作记忆、决策、注意过程和目标导向行为等功能的调节起着关键作用（Hoover和Vertes，2007；Laroche等人，2000）。在小鼠的空间工作记忆任务中，mPFC和海马之间的θ节律高度同步很可能与mPFC和vHIP之间的投射有关（O'Neill等人，2013）。尽管具体机制尚不清楚，但这些研究表明vHIP及其与mPFC的相互作用对工作记忆具有重要意义。

为了深入探讨vHIP在工作记忆中的作用和机制，我们采用了化学遗传操作技术。由设计药物（DREADDs）专门激活的设计受体主要是一系列经过改造的G蛋白偶联受体（GPCRs），可以通过其惰性配体氯氮平-N-氧化物（CNO）选择性地激活。DREADDs已成为调节多种细胞信号转导途径的工具，并代表了一种能够引发多种行为效应的化学遗传方法，例如认知（Alexander等人，2009；Armbruster等人，2007；Urban和Roth，2015）。研究表明，化学遗传操作vHIP中Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱα（CaMKⅡα）阳性兴奋性锥体细胞（PCs）会对不同类型的记忆产生不同的影响。例如，CNO诱导的小鼠vHIP中兴奋性谷氨酸（Glu）神经元的失活会选择性损害情景记忆的巩固（Zhu等人，2014），而通过Gi偶联的DREADDs抑制vHIP中的CaMKⅡα神经元可以恢复高脂饮食引起的大鼠的目标识别记忆缺陷（Naneix等人，2021）。然而，关于DREADDs诱导的vHIP中CaMKⅡα阳性神经元的激活或抑制对工作记忆的影响，尤其是在PD状态下的影响，报道较少。

因此，本研究的目的是观察DREADDs诱导的vHIP中CaMKⅡα阳性神经元的激活或抑制对以下方面的影响：（1）在对照组和通过6-羟基多巴胺（6-OHDA）单侧损伤内侧前脑束（MFB）诱导的损伤大鼠中的Morris水迷宫（MWM）工作记忆；（2）通过体内电生理记录观察mPFC中的θ节律；（3）与认知调节相关的mPFC、vHIP和背侧海马区（dHIP）中的DA和5-HT水平。

章节片段

动物

实验在体重270-320克的雄性Sprague-Dawley大鼠上进行，这些大鼠在西安交通大学实验动物中心的标准环境中饲养，提供无限量的食物和水，12小时/12小时的昼夜周期，以及22 ± 1°C的恒定温度。所有实验操作程序严格遵循美国国立卫生研究院的指南，并获得了大学动物护理和使用委员会的批准（XJTUAE-2024-985）。所有

MFB损伤对SNc和VTA中DA神经元的影响

图2A和B分别显示了对照组和损伤大鼠的SNc和VTA中的代表性TH染色。MFB的单侧损伤导致SNc和VTA中的TH-ir神经元显著减少（SNc，t = 25.594，df = 14，P < 0.001；VTA，t = 20.101，df = 14，P < 0.001；独立样本t检验；图2C）。上述结果表明，MFB的单侧损伤导致大鼠中脑中的DA神经元显著减少。

rAAV载体的表达

为了操纵

讨论

本研究的主要结果如下：（1）MFB的单侧损伤导致大鼠的运动能力显著下降，工作记忆受损，mPFC中的θ频率峰值降低，同侧纹状体、mPFC、dHIP和vHIP中的DA水平降低；（2）在对照组大鼠中，DREADDs诱导的vHIP CaMKⅡα阳性神经元的激活或抑制对MWM测试中的工作记忆没有显著影响，也未影响mPFC中的θ频率峰值；（3）

CRediT作者贡献声明

郭园：撰写 – 审稿与编辑，研究设计，概念构思。刘健：撰写 – 审稿与编辑，数据分析。胡浩：软件操作，资源准备。范莉：方法学设计。杜成学：资金获取，数据分析。史梦瑞：研究实施，数据分析。李张：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，研究设计，资金获取，数据分析，概念构思

Ecevitoglu等人，2026；Oikonomou等人，2026；Shareghi Brojeni等人，2022；?vob ?trac等人，2016。

作者声明没有利益冲突

数据可用性

数据可应要求向通讯作者索取。

资助

本研究得到了陕西国家自然科学基金（编号：2022JM-442）和中国国家自然科学基金（编号：82202800）的支持。

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。