小布速报 | Neuroscience Bulletin-徐富强研究员（深圳院）神经环路示踪病毒工具

时间：2023-12-07 14:23:08

神经环路示踪病毒工具

Viral Tools for Neural Circuit Tracing
刘青1,4 • 吴阳2,4 • 王华东1,4 • 贾凡1,4 • 徐富强1,2,3,4

1.脑认知与脑疾病研究所, 中国科学院深圳先进技术研究院/中国科学院深圳理工大学（筹），深港脑科学创新研究院，深圳518055, 中国
2.中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 武汉430071, 中国
3.中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，中国科学院，上海200031，中国
4.中国科学院大学, 北京100049，中国

第一作者：刘青

通讯作者：徐富强

人脑是宇宙中最复杂、最神秘的结构，脑科学一直被视为人类理解自然界现象的“终极疆域”。人脑包含约一千亿个神经元，通过约一千万亿个突触连接，在介观水平上形成数量几乎无限的神经环路。这些神经环路是协调和执行各种脑的基本功能和高级功能的结构基础。因此，阐明神经环路是理解脑功能原理和神经系统疾病发病机制的先决条件。

在过去几十年里，许多强大的神经示踪和神经成像技术被开发出来用于研究神经环路。其中由嗜神经病毒（neurotropic virus）的天然毒株改造而来的病毒工具被广泛用于神经环路研究，具有细胞类型特异性、沿神经环路顺行/逆行传播、跨突触级数可控、跨突触传播信号不衰减等特性。嗜神经病毒是一类能感染神经细胞，且能沿神经环路传播增殖的病毒，包括伪狂犬病毒（Pseudorabies virus, PRV）、单纯疱疹病毒（Herpes simplex virus, HSV）、狂犬病毒（Rabies virus, RV）、水疱性口炎病毒（Vesicular stomatitis virus, VSV）和辛德毕斯病毒（Sindbisvirus, SINV）等。此外，一些不跨突触的重组病毒载体（如腺相关病毒（Adeno-associated virus, AAV）和慢病毒（Lentivirus, LV））可以辅助外源基因的表达（可携带多种报告基因，如荧光标签、功能指示/调控元件等），或者有效地标记神经元的精细结构（如塞姆利基森林病毒（Semliki forest virus, SFV），或者显示局部脑区的上游输入（如犬腺病毒2型（Canine adenovirus type 2, CAV-2）和具有非常高效逆行标记能力的AAV2-retro），或者有效跨越小鼠血脑屏障（如AAV9-PHP.eB），或者在穿过血脑屏障后逆行感染投射神经元（如 AAV9-retro）。

本文对上述用于神经环路示踪的病毒工具的最新研究进展进行了总结，包括用于跨物种（特别是非人灵长类动物）神经环路示踪的病毒工具，并对病毒工具研发和优化的方向进行了展望，包括进一步降低毒性、提高特异性和增强敏感性，尤其是兼顾结构和功能研究以及与其他研究方法如组学技术等相匹配的病毒工具等。神经环路的复杂性对开发技术和工具提出了前所未有的挑战，新技术和新策略的发展以及神经科学研究对新工具的不断需求，将促进这一领域的快速发展。