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多巴胺能神经元的功能、相关疾病及相关工具鼠模型的选型指南

2025-12-18     来源:本站     点击次数:86

多巴胺(dopamine)是大脑中一种重要的神经递质,参与调控着多种生理功能,包括运动控制、情绪调节、动机、学习与记忆等。在中枢神经系统中,中脑多巴胺能系统是多巴胺能神经元的主要聚集地。多巴胺神经元的异常与多种神经精神疾病相关,如帕金森病(Parkinson’s disease)、抑郁症、精神分裂症、注意力缺陷多动障碍(ADHD)、药物成瘾等。

多巴胺能神经元在不同活动中的具体作用机制

大脑中多巴胺能神经元主要有三条通路:黑质-纹状体通路、中脑–边缘通路、中脑-皮层通路。多巴胺能神经元在各项不同活动中有着不同的具体作用机制:

运动控制:
黑质-纹状体通路是多巴胺系统中最主要的输出路径,从黑质致密部(SNc) 释放的多巴胺作用于纹状体,是启动和调节自主运动的核心。背侧纹状体接收来自大脑皮层的谷氨酸能兴奋性输入。多巴胺通过作用于纹状体中型多棘神经元上的D1受体(Gs蛋白偶联,产生兴奋性效应)和D2受体(Gi蛋白偶联,产生抑制性效应),分别调控直接通路和间接通路。这种对两条通路的协同调控,确保运动指令能够被平滑、精确地执行。而黑质致密部多巴胺能神经元异常会导致帕金森病的产生。

图1. 纹状体投射通路[1]

情绪调节:
主要参与的是中脑-边缘通路和中脑-皮层通路。中脑-边缘通路,特别是中脑(VTA)至伏隔核的投射,在急性奖赏处理中起核心作用。奖赏刺激引起VTA多巴胺能神经元的相位性爆发,导致伏隔核内多巴胺释放急剧增加,产生主观快感,并编码奖赏预测误差,也就是实际奖赏与预期奖赏之间的差异。多巴胺在伏隔核的作用更侧重于激励显著性,将刺激或行为转化为具有动机价值的目标,驱动个体采取行动以获取奖赏。而中脑-皮层通路(VTA至前额叶皮层PFC)的多巴胺通过调节PFC的神经活动,参与自上而下的情绪调节。多巴胺信号有助于PFC抑制杏仁核等皮下情绪中枢的过度反应,实现认知重评,完成认知性情绪调节。该通路功能低下与抑郁症的快感缺失和动机缺乏等症状相关。


图2. 情绪调节[2]

动机:
在环境与奖励关联后能够触发VTA多巴胺能神经元的活动,从而增强获得奖赏的行为动机。这种动机过程依赖于多巴胺通过中脑-边缘通路在伏隔核核心区的信号传递,这与成瘾相关。在成瘾过程中,药物滥用导致伏隔核内多巴胺水平持续升高,极大地增强了药物相关线索的激励显著性,从而产生强烈的、强迫性的用药动机,即使主观快感可能已减弱。


图3. 药物成瘾与多巴胺通路[3]

学习与记忆:
多巴胺最核心的学习功能是强化学习。通过皮层-边缘通路的突触可塑性(如长时程增强,LTP),VTA多巴胺能神经元释放的奖赏预测误差信号将优化未来决策。当行为结果优于预期时,多巴胺的相位性释放会强化导致该结果的情境-行为-结果关联。随着行为反复被强化,会从皮层-边缘通路逐渐转向黑质-纹状体通路的习惯学习,在背侧纹状体中,多巴胺促进刺激-反应习惯的形成,使行为变得自动化。在工作记忆中,中脑-皮层通路的多巴胺对前额叶皮层功能至关重要。多巴胺,特别是通过D1受体,以倒U型曲线的方式调节PFC神经元的活动:适当的多巴胺水平能优化工作记忆的表现,而过高或过低的多巴胺水平都会损害其功能。

多巴胺能神经元的异常与许多疾病相关
帕金森病:帕金森病的核心病理特征就是黑质致密部多巴胺能神经元的进行性、不可逆的死亡。当神经元损失达到一定阈值,就会导致运动症状(震颤、僵硬、运动迟缓、姿势不稳)。

精神类疾病:精神分裂症 (中脑-边缘系统多巴胺通路功能亢进以及中脑-皮层通路功能低下);抑郁症 (多巴胺功能低下导致的快感缺失和动机缺乏); 注意力缺陷多动障碍(ADHD)。

药物成瘾:成瘾性药物直接或间接地导致伏隔核区域多巴胺的异常、爆发性释放,远超过自然奖赏(如食物、水)带来的刺激。这种强烈的信号“劫持”了奖赏回路,导致强迫性觅药行为。
 

图4. DA神经元在帕金森病中的作用发生变化[4]

多巴胺能神经元研究工具鼠:

  • Slc6a3 / Dat:标记成熟的中脑多巴胺能神经元(黑质致密部SNc和腹侧被盖区VTA)。
  • Th:多巴胺能神经元,标记儿茶酚胺能系统(还可能标记去甲肾上腺素、肾上腺素能神经元),范围更广。
  • Drd1:标记多巴胺D1受体,接收多巴胺信号的神经元,Drd1-Cre小鼠用于研究纹状体功能、奖赏、运动控制等。
  • Wnt1:中脑多巴胺能神经元的发育祖细胞,可用于发育生物学研究,追踪多巴胺能神经元的起源、迁移和命运决定。


南模生物相关品系
南模生物深耕基因修饰动物模型行业二十余年,自主研发多种多巴胺能神经元相关品系,具体模型见下表:

表1.  多巴胺能神经元相关品系

除上述模型外,南模生物可提供超过600多种自主产权Cre/Dre工具鼠,覆盖全身各类型的细胞组织,满足科研人员多样化的需求。大家若有相关需求,可以点击这里进入Find Cre®数据库,查询可用的工具鼠。

Refrence:
Chen JY, Wang EA, Cepeda C, Levine MS. Dopamine imbalance in Huntington's disease: a mechanism for the lack of behavioral flexibility. Front Neurosci. 2013;7:114. Published 2013 Jul 4. doi:10.3389/fnins.2013.00114

Schultz W, Dayan P, Montague PR. A neural substrate of prediction and reward. Science. 1997;275(5306):1593-1599. doi:10.1126/science.275.5306.1593

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Rademacher K, Nakamura K. Role of dopamine neuron activity in Parkinson's disease pathophysiology. Exp Neurol. 2024;373:114645. doi:10.1016/j.expneurol.2023.114645

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