直接输入输出标记 (Direct Input Output Tags)

简介

大脑神经网络是由数目庞大，以及形态、特性各异的神经元，通过突触连接构成的复杂结构，是大脑行使认知、情感、记忆、想象等活动的结构基础。绘制神经元投射图能够追踪不同脑区之间的信息流动。

顺向追踪常用方法

一、顺行示踪剂

顺行示踪剂主要被神经元胞体和树突吸收，然后运动至轴突，从而标记该神经元投射的区域。经典的顺行示踪剂主要包括以下几种类型：

• 1.植物血凝素（PHA-L），具有所显示的神经纤维末梢形态非常细致的优点，基本上没有过路纤维标记问题。
• 2.放射性标记的氨基酸，这些氨基酸被吸收并掺入到神经元的蛋白质中，通过运动至轴突，也能够从轴突末端释放，并被对应的突触后神经元吸收。

顺向追踪通常与原位杂交、免疫染色或尼氏染色法一起使用。

二、顺行示踪病毒

经典顺行示踪剂的局限在于，注射位点的所有细胞都会吸收示踪剂，因此这种方法所显示的投射模式是不同类型神经元投射的整体反映。而病毒作为神经元追踪试剂，既能在方向上做到更严谨，并能结合Cre-LoxP技术实现细胞类型特异性标记，还具备携带基因工具（如光遗传工具、钙敏感染料、基因编辑工具、RNA干扰工具等）的能力，可在神经环路功能的研究中发挥重要作用。

 常用的一些不跨突触的辅助病毒载体包括血清型为2型，8型，9型的腺相关病毒、逆转录病毒和用VSV-G包装的慢病毒等。

三、案例展示

实例一POMC神经元全脑传出的鉴定

• 实验动物：POMC-Cre小鼠
• 使用的病毒：AAV9-DIO-mtdTomato，AAV9-DIO-EmGFP
• 注射部位及病毒量：ARC和NTS，体积各300nl，滴度2.00E+12vg/mL
• 检测方法：为较好的标记轴突，一个月后灌流取材，荧光纤维镜成像

图1. POMC神经元全脑传出的鉴定（Minmin Luo,et al.Frontiersin Neuroanatomy.2015）

实例二Dyrk1a（双特异性酪氨酸-(Y)-磷酸化调节激酶1A）在脑发育中的作用

• 实验动物：出生前和出生后的小鼠
• 使用的质粒：慢病毒质粒
• 实验方法：宫内电穿孔注入E14.5小鼠脑室，P0处死小鼠，取材，成像。

图2. Dyrk1a(WT)过表达可延迟小鼠胚胎皮质发育中神经元的迁移（ZLQiu, et al.MolecularPsychiatry.2018）

逆向追踪常用方法

一、逆行示踪剂

逆行示踪剂通常被轴突末端吸收然后反向运输到胞体。经典的逆行示踪剂包括：

• 1.辣根过氧化物酶（HRP）：用于追踪周围神经及中枢神经系统的纤维联系。
• 2.霍乱毒素亚基b（CTb）：是一种很灵敏的顺、逆向追踪剂。CTb是其中一个亚单位，为与细胞受体结合单位，无毒性，其作追踪剂效果更佳

确定一个示踪剂究竟是正向还是逆向运输主要靠观察。逆行示踪剂通常与选择性富集在轴突末端的受体结合，通过轴突末端的内吞作用被吸收，通过内源的逆向轴突运输系统到达胞体。

二、逆行示踪病毒

和经典的顺行示踪剂一样，上述传统的逆行示踪剂也具有方向不特异，不能实现同一靶区域内特异类型神经元的追踪。

常用的一些不跨突触的逆行病毒载体有

• 1.血清型为Retro的腺相关病毒AAV，具有逆行标记效率高、应用广泛、临床应用潜力大等优点。
• 2.缺失RV-G基因的重组狂犬病毒，携带GFP、mCherry等荧光蛋白基因，可使外源蛋白在神经元中高丰度表达，从而清晰地标记神经元的精细形态。
• 3.犬腺病毒２型（CAV-2），具有低免疫毒性以及对神经元的偏好性感染的优点。CAV-2病毒还是辅助病毒依赖的病毒粒子，拥有大约30kb的克隆装载量，这些基本性质扩展了CAV-2在中枢神经系统基因治疗中的作用

三、案例展示

实例一LC-SC投射的逆行病毒示踪

• 实验动物：WT小鼠
• 检测方法：AAV-Retro-Cre注射在SC，AAV9-DIO-mCherry注射在LC，4周后可以在LC检测到mCherry荧光信号。

图3. LC-SC投射的逆行病毒示踪（LipingWang, et al.Current Biology.2018）

实例二VTA能神经元分离的支配NAC和mOT

• 实验动物：C57BL/6mice
• 使用的病毒：RV-DG-DsRed和RV-DG-GFP，滴度10的8次方TU
• 实验方法和结果：分别注入100nlRV-DG-DsRed和RV-DG-GFP在NAC和mOT中，1周后灌流取材，可在VTA追踪到神经元。

图4. TA能神经元分离的支配NAC和mOT（Zhijian Zhang, et al.eLife.2017）