Neurosic Bull︱占成课题组报道利用常用狂犬病毒进行神经记录和行为操作的最佳时机
撰文︱陈 静
责编︱王思珍
现代神经科学最重要的一个目标是解析复杂的神经网络并探究其功能。基于病毒的示踪技术是进行神经环路标记的重要工具。其中，改造后的狂犬病毒（rabies virus，RV）在逆向标记特定突触前神经元方面取得巨大成功[1]。通过与化学遗传学、光遗传学、Ca2+指示剂等结合，RV的许多变体已经被开发用来操纵和记录神经元活性[2]。目前常用的RV是缺失G蛋白的SAD-19疫苗株（SAD△G (EnVA)）。然而SAD△G (EnVA)有一个缺陷，即长期感染神经毒性强，严重影响细胞的存活，甚至导致细胞出现凋亡或坏死[3]。RV的神经毒性以及RV对神经元存活能力的不确定性，很大程度上限制了RV在生理和行为学实验中的应用。尽管RV工具已经成功应用于神经环路的解剖学研究，如何寻找最佳时间，对感染RV的神经元进行功能方面的研究，少有研究提及。
2022年1月29日，中国科学技术大学的占成课题组在Neuroscience Bulletin上发表了题为“Optimal Timing of a Commonly-Used Rabies Virus for Neural Recording and Manipulation”的研究论文，该研究阐释了如何利用RV研究肠-脑促摄食神经回路，以及迷走神经节感染SAD△G (EnVA)后，不同时间点的活力和凋亡情况，为后续利用RV进行功能学实验，提供理论参考和依据。
课题组之前的研究已经证实，孤束核（nucleus of solitary tract，NTS）儿茶酚胺能神经元（catecholaminergic neuron，CA）可以接收来自迷走神经节（nodose ganglion，NG）的直接输入[4]。因此，研究者利用Dbh-cre小鼠（Dbh：dopamine-β-hydroxylase，即编码多巴胺-β-羟化酶的基因），在NTS脑区注射SAD△G (EnVA)病毒，观察不同时间点NG神经元的活性及凋亡情况。作者利用原位末端标记法 （TdT-mediated dUTP Nick-End Labeling，TUNEL）判断被SAD△G (EnVA)感染后细胞的凋亡情况。在7-18天，NG细胞出现了明显的凋亡。此外，如图1所示，SAD△G (EnVA) 跨突触感染迷走神经传入神经元，利用Ca2+指示剂jRGECO1a观察NG细胞的活性。结果显示，7-10天内细胞活性良好，10天以后，NG的活力迅速下降。这些研究结果为RV用于神经环路的功能研究提供了确定可行的时间窗（图2）。
图1 RV感染后NG细胞的活力。
（图源：Chen J, et al., Neurosci Bull. 2022）
基于以上凋亡和Ca2+指示剂的研究结果，作者认为利用RV操纵神经环路的最佳时间窗是1周左右。接下来，研究人员利用基于RV的化学遗传学手段，NG→NTS通路。研究结果显示，在SAD△G (EnVA)注射7-10天内，选择性地激活迷走神经节到孤束核儿茶酚胺能神经元这一神经环路，可有效驱动小鼠进食行为（图2）。
图2 RV感染NG后，利用化学遗传学激活NG→CANTS神经环路可以促进摄食增加。
（图源：Chen J, et al., Neurosci Bull. 2022）
本文利用的改造的RV疫苗株是SAD-B19，存在细胞毒性较高的弱点。在2016年，Thomas R. Reardon等人在Neuron上刊登的文章“Rabies Virus CVS-N2c(△G) Strain Enhances Retrograde Synaptic Transfer and Neuronal Viability”[5]中提到的CVS-N2c疫苗株具有毒性小，嗜神经能力强等特点，许多公司针对此疫苗株进行开发，但是其用于功能学研究的文章较少，未来，探讨CVS-N2c疫苗株在逆行标记中的应用有望成为新的的趋势。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s12264-022-00819-8
该研究受到国家自然科学基金项目（No. 31822026）；国家重点研发计划（No. 2021ZD0203900）和深圳市科技创新委员会（No. JCYJ20180507182505475）等基金的支持。
占成，通讯作者
（照片提供自：占成实验室）
实验室简介及研究方向：
占成教授，中国科学与技术大学生命科学与医学部博士生导师。
摄食是动物和人获取能量和营养的唯一方式，吃多吃少决定了机体的健康，对体重，代谢，免疫，甚至寿命都有非常重要的影响。神经系统在摄食和代谢调控中占据主导地位。我们实验室将从神经系统如何感知机体营养状态；如何调控摄食行为；如何基于机体的营养状态调控代谢、免疫和寿命等几个方面着手，研究神经调控摄食的机制及对健康的影响。研究方向主要归纳为如下两点：
研究经历和背景要求：
1.有神经生物学，或者免疫，或者生理学方面的课题经验（三者有其一即可），熟悉常用的实验方法。
2.有良好的生物学知识背景，愿意从事神经-免疫交叉课题。
3.有良好的合作精神，能与团队其他成员共同推动课题进展。
招聘：博士后，从事神经-代谢-免疫交叉研究
申请方式：请发送简历，已发表论文等材料到 zhancheng@ustc.edu.cn
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【3】Sci Transl Med︱GABAB受体或能挽救自闭症患者的视觉加工异常
【4】Sci Adv︱徐勇/徐平稳/何彦林合作发现雌激素受体神经元调节体温和运动的神经环路机制
【5】PNAS︱韩春课题组揭示外部吞噬引发神经元退化的新机制
【6】Nat Neurosci︱VTA多巴胺能神经元参与编码社交预测误差与社交强化学习
【7】Nature︱新发现！炎性淋巴细胞或是介导中枢神经系统炎症的新靶点？
【8】Neurosci Bull︱胡波课题组揭示投射至腹内侧丘脑的小脑深核神经元特异参与联合型感觉-运动学习行为的调控
【2】多模态磁共振脑网络分析入门班（线上：2022.4.6~4.16）
参考文献（上下滑动查看）
1, Wickersham IR, Finke S, Conzelmann KK, Callaway EM. Retrograde neuronal tracing with a deletion-mutant rabies virus. Nat Methods 2007, 4: 47–49
2, Osakada F, Mori T, Cetin AH, Marshel JH, Virgen B, Callaway EM. New rabies virus variants for monitoring and manipulating activity and gene expression in defined neural circuits. Neuron 2011, 71: 617–631.
3, Wickersham IR, Lyon DC, Barnard RJ, Mori T, Finke S, Conzelmann KK, et al. Monosynaptic restriction of transsynaptic tracing from single, genetically targeted neurons. Neuron 2007, 53: 639–647.
4, Chen J, Cheng MX, Wang L, Zhang L, Xu D,Cao P, et al. A vagal-NTS neural pathway that stimulates feeding. Curr Biol 2020, 30: 3986-3998.e5
5, Reardon TR, Murray AJ, Turi GF, Wirblich C, Croce KR, Schnell MJ, Jessell TM, Losonczy A. Rabies Virus CVS-N2c(ΔG) Strain Enhances Retrograde Synaptic Transfer and Neuronal Viability. Neuron. 2016 Feb 17;89(4):711-24.
制版︱王思珍
本文完