WTR: A Toolkit for Functional Anterograde Transsynaptic Circuit Mapping
作者开发了 WTR，这是一种多功能的 AAV 递送融合蛋白工具箱，能够实现对下游神经元进行细胞类型特异性的顺行跨突触标记、记录和操控，从而实现功能性神经环路图谱绘制，其在解析下丘脑体温调节和应激反应通路中的应用证明了这一点。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
大脑是一个由数十亿个细胞组成的庞大网络，每个细胞都与成千上万个其他细胞相连，形成了控制从呼吸到思考等一切活动的复杂回路。为了理解这个系统是如何运作的，科学家需要绘制这些细胞之间的连接图谱，就像电工追踪电线以了解房屋的布线方式一样。几十年来，研究人员一直拥有强大的工具来向后追踪连接，即识别哪些细胞向特定的目标发送信号。然而，向前追踪连接——即观察哪些细胞接收来自起点的信号——一直是一项难题。现有的前向映射工具往往缺乏精确度，会对所研究的细胞产生毒性，或者无法区分不同类型的神经元。由于缺乏清晰的前向追踪信号的方法，科学家们难以理解特定的神经元群体是如何驱动复杂的行为或生理过程的。
现在，一个研究小组开发了一套全新的工具包，旨在解决这一问题，使他们能够以高精度且对细胞危害极小的方式绘制大脑的前向路径。他们创造了一种名为 WTR 的分子工具，它作为一种基因编码示踪剂。该工具由一种天然存在于小麦胚芽中的蛋白质构建而成，这种蛋白质以其沿神经纤维传输的能力而闻名，但它经过了重新工程化设计，以携带特定的遗传指令。当科学家将这种工具引入一组特定的起始神经元时，该工具会穿过突触（即神经元进行通信的微小间隙），到达链条中的下一组神经元。一旦到达，它就会释放一个遗传开关，从而激活下游细胞中的荧光标记、光敏蛋白或化学传感器。这使得研究人员不仅能看到连接走向何方，还能记录它们的活动，或通过操纵它们来观察这些活动如何影响动物的行为。
研究人员在小鼠身上测试了这一新系统，重点关注了一个被称为前视前区（属于下丘脑的一部分）的脑区，该区域已知负责调节体温和压力反应。他们想看看是否能区分该区域中两类神经元所采取的不同路径：一类是使用谷氨酸盐（glutamate）发送信号的神经元，另一类是使用 GABA（γ-氨基丁酸）的神经元。利用他们的新工具包，他们将示踪剂注入这些特定的起始神经元并观察其行进路径。他们发现，该工具几乎完全沿着前向移动，到达下一组神经元，而不会显著地向后移动或跳跃到更下游的细胞。这证实了该工具可以准确地绘制神经通路的第一步，而不会迷失方向或产生错误的连接。
为了确保工具按预期工作，团队将其与旧方法进行了对比。他们发现，新系统在标记目标神经元方面比以往的工具更高效，成功识别了其他工具可能错过的连接。至关重要的是，他们通过验证所标记的神经元确实与起始细胞直接相连。通过使用电生理记录，他们展示了当刺激起始神经元时，被标记的目标神经元会产生直接的、单步的信号响应，这证明了该工具识别的是真实的、直接的连接，而非间接连接。
在确认了映射功能后，研究人员利用该工具包探索了这些特定连接的具体作用。他们针对接收来自谷氨酸盐释放起始细胞信号的神经元进行了研究，发现这些连接指向一个涉及调节体温的脑区。当他们人工激活这些下游神经元时，小鼠的体温下降，证实了这一特定路径控制着散热。在另一项实验中，他们追踪了从同一起始区域到另一个涉及焦虑脑区的连接。当他们激活接收来自谷氨酸盐释放起始细胞信号的神经元在第二个区域中的活动时，小鼠表现出了焦虑样行为。相比之下，当他们对使用 GABA 释放的起始神经元进行类似的实验时，发现对体温或焦虑均没有产生此类影响。
这项工作表明，新的工具包可以成功地将特定类型的神经元与其直接目标联系起来，并进而揭示这些连接的功能。通过结合追踪大脑布线的能力与开启或关闭这些“导线”的能力，研究人员得以展示同一脑区内的不同类型神经元是如何通过发送信号到不同的目的地来控制不同的行为。该研究建立了一种可靠的方法，供科学家探索大脑的功能架构，为观察特定神经回路如何驱动生物体的复杂生理和行为提供了更清晰的视角。
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