大鼠皮层回路化学遗传学调控过程中血流动力学反应与神经化学反应的分离

引言：化学遗传学工具，如仅由设计药物特异性激活的设计受体（Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs, DREADDs），为在体内对特定神经元群体进行因果性操控提供了有力手段。尽管化学遗传学功能磁共振成像研究已持续证明，在神经环路扰动后会出现强烈的血流动力学反应，但对于其伴随的代谢后果，目前所知仍相当有限。功能性磁共振波谱（fMRS）为探测这些神经化学过程提供了潜力，然而血流动力学反应与代谢反应之间的关系仍然知之甚少。在本研究中，我们结合化学遗传学、药理学功能磁共振成像（ph-fMRI）以及7 T条件下的质子磁共振波谱（1H-MRS/fMRS），以研究大鼠运动皮层中代谢反应和血流动力学反应的时间演变。 方法：雌性Fischer大鼠在运动皮层接受病毒注射，以表达全神经元hM3D(Gq) DREADD构建体（hSyn-hM3Dq）或针对中间神经元的构建体（hDlx-hM3Dq）。在全身给予氯氮平-N-氧化物（clozapine-N-oxide, CNO，1 mg/kg）之前、期间及之后，进行ph-fMRI、fMRS和1H-MRS测量。功能性MRS在急性反应期采集（注射后60 min），而常规1H-MRS测量则在延迟时间点进行（注射后70 min）。 结果：化学遗传学调节产生了强烈且相反的血流动力学反应。全神经元激活诱发了局灶性正性BOLD反应（+3.5 +/- 1.5%），而中间神经元靶向激活则产生了显著的负性BOLD反应（-3.3 +/- 0.8%）。相比之下，急性fMRS测量显示，在CNO给药后的第一个小时内，尽管存在显著的血流动力学效应，Glx或GABA浓度均未发生显著变化。然而，在CNO给药后70 min检测到了延迟性的代谢改变。表达全神经元构建体的动物表现出GABA（+14.4%）和总胆碱化合物（+57.8%）的显著升高，而中间神经元靶向组动物则表现出多种代谢物的下降，包括Glx（-15.6%）、总NAA（-16.9%）、葡萄糖（-25.9%）和总肌酸（-25.4%）。 结论：皮层环路的化学遗传学扰动引发了强烈的血流动力学反应，但其代谢效应则更加细微且在时间上更为复杂。尽管存在强烈的BOLD反应，却未检测到Glx和GABA的急性变化，同时又出现了延迟性的神经化学改变，这凸显了解释代谢信号与神经环路活动之间关系的挑战。

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大鼠皮层环路化学遗传学调控过程中血流动力学反应与神经化学反应的分离

Fatemeh Anvari-Vind， Nathalie Just

doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.22.733828

Fatemeh Anvari-Vind EPFL 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 保留所有权利。未经许可不得重复使用。

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发表于 2026 年 6 月 28 日。

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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.22.733828v1?rss=1

🏷️ 化学遗传学 功能磁共振成像 磁共振波谱 皮层回路 血流动力学 神经代谢